Z型CdIn_(2)S_(4)/ZnSnO_(3)异质结的构筑及其光催化产氢性能

通过高温煅烧ZnSn(OH)_(6)前驱体制备了双壳中空立方体结构的ZnSnO_(3)(ZSO),进而采用水热法将CdIn_(2)S_(4)(CIS)纳米晶包裹在ZSO表面,成功制备了CdIn_(2)S_(4)/ZnSnO_(3)(CIS/ZSO)异质催化剂。活性产氢实验结果表明,CIS、ZSO物质的量之比为12%时制备的12%CIS/ZSO具有优异的光催化产氢性能,在3 h内产氢量为1 676.48μmol·g^(-1),分别是ZSO和CIS的12倍和8倍。ZSO光催化析氢反应活性的增强归因于CIS/ZSO异质结构的成功构建,异质界面的形成显著提高了光生电子/空穴对的分离效率,降低了其复合率。通过对电荷转移路径的分析,提出了可能的反应机理。

S-型MnCo_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化产氢性能研究

本文通过简单的水热法和热解法分别得到MnCo_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)催化剂,之后采用溶剂蒸发法将MnCo_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)纳米片结合构建获得无贵金属的S-型MnCo_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)异质结。研究结果表明,优化后的复合材料具有良好的光催化产氢活性,其产氢速率最高可到2979μmol·g^(-1)·h^(-1),分别为g-C_(3)N_(4)(113μmol·g^(-1)·h^(-1))和MnCo_(2)S_(4)(341μmol·g^(-1)·h^(-1))的26.4和8.7倍。这主要归因于形成的S-型异质结具有比单体更低的反应阻抗,更高的光电流和高效的电子-空穴分离能力,以及低的析氢过电势。本研究为开发稳定、高效的非贵金属产氢异质结催化剂提供了实验基础。

室温脉冲激光原位沉积技术制备Cu_(2)(Zn_(1-x)Fe_(x))SnS_(4)/Bi_(2)S_(3)异质结及其光电性能

采用具有磁性的Fe取代Cu_(2)ZnSnS_(4)(CZTS)中Zn组分,制备Cu_(2)(Zn_(1-x)Fe_(x))SnS_(4)(CZFTS)薄膜。将电子传输层Bi_(2)S_(3)与CZFTS耦合,采用室温脉冲激光沉积技术(RT-PLD)制备了CZFTS/Bi_(2)S_(3)异质结构。研究了Fe掺杂对于CZFTS薄膜形貌、结晶度和吸光度的影响。测试了单层薄膜和异质结构的光电响应特性,实验表明与单层CZFTS薄膜相比,CZFTS/Bi_(2)S_(3)异质结在可见光区域内的光电响应速度至少提高了一个数量级,响应时间缩短至几十ms。

In_(2)O_(3)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的制备及其降解有机染料性能研究

为了降低光生载流子的复合、提高光催化性能,采用水热晶化法制备了纳米薄片状In_(2)O_(3)与花球状ZnIn_(2)S_(4)异质结催化剂,并应用于光催化降解有机染料罗丹明B。结果表明,相比于纯In_(2)O_(3)和ZnIn_(2)S_(4)催化剂,In_(2)O_(3)/ZnIn_(2)S_(4)催化剂的活性有较大程度的提升;In_(2)O_(3)和ZnIn_(2)S_(4)质量比为1∶1的催化剂具有最好的光催化降解效果,光催化降解135 min时罗丹明B的降解率达到90.0%;其光催化反应的速率常数是纯ZnIn_(2)S_(4)的1.9倍,且符合拟一级动力学。In_(2)O_(3)/ZnIn_(2)S_(4)优异的光催化活性归因于In_(2)O_(3)和ZnIn_(2)S_(4)之间形成了异质结,加速了光生载流子迁移与分离。

2D/2D/2D三明治结构ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)/Ti_(3)C_(2) Mxene S型异质结-肖特基结双通道电荷转移路径促进的光催化析氢

氢的能量密度高,易于储存和运输,因此,人工制氢已成为解决能源危机和环境污染问题的有效途径之一,开发可持续、温和、高效的制氢方法受到了广泛关注.在众多的制氢方法中,光催化水分解制氢已发展成为一种理想的制氢途径.然而受制于光催化剂的光响应范围窄、电荷分离效率低和活性位点少等问题,目前的光催化分解水制氢效率仍然处于一个较低水平,严重限制了其实际应用,因此,探究高效的光催化分解水材料的新体系与新机制成为解决上述问题的核心任务.ZnIn_(2)S_(4)是一种典型的具有可见光活性和化学稳定性的半导体,但由于光生电子的快速复合和严重的光腐蚀限制了其在光催化中的实际应用.本文采用界面工程,将ZnIn_(2)S_(4),g-C_(3)N_(4)和Ti_(3)C_(2) MXene材料耦合,设计构建了具有双异质结的2D/2D/2D三明治结构ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)/Ti_(3)C_(2) MXene复合材料;通过构筑多界面双电子通道光催化体系,提高催化体系的电荷分离效率、活性位点的暴露数量以及催化性能.实验表明,合成的2D/2D/2D夹层三明治状ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)/Ti_(3)C_(2) MXene复合材料中,ZnIn_(2)S_(4)与g-C_(3)N_(4)间构成了S型异质结,g-C_(3)N_(4)与类金属性Ti_(3)C_(2)之间构成肖特基结,显著提高了光生载流子的分离效率,保留了体系的强氧化还原能力,并抑制了ZnIn_(2)S_(4)的光腐蚀.理论计算验证了三元复合物模型的稳定存在,功函数的计算结果证明了双异质结的形成.最优比例时,三元异质结在无助催化剂的情况下产氢速率达到2452.1μmol·g^(‒1)·h^(‒1)(420 nm处的表观量子效率达到11.9%),分别是纯ZnIn_(2)S_(4)和石墨相g-C_(3)N_(4)的3倍和200倍.此外,经过多次循环反应,催化剂仍表现出良好的催化活性和稳定性.2D/2D/2D夹层三明治状ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)/Ti_(3)C_(2) MXene复合材料具有较高的可见光响应能力和较好的光催化产氢性能归因于以下协同因素:(1)具有2D/2D/2D界面的三明治状异质结构促进了光催化反应中的电子转移和电荷分离;(2)在复合材料中同时形成S型异质结和肖特基异质结,提供了更强的光氧化还原能力,双电荷转移通道加速了载流子的迁移.本研究为构建高效光催化析氢体系提供了可行思路.

新型复合CdIn_(2)S_(4)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的制备及其光催化性能

探索高效、稳定的光催化剂是实现实用化太阳能光催化降解污染物的永恒追求。采用化学共沉淀法合成了CdIn_(2)S_(4)/ZnIn_(2)S_(4)微球,然后500 ℃退火得到降解性能更好的CdIn_(2)S_(4)/ZnIn_(2)S_(4)异质结。SEM、XRD、XPS、BET和UV-Vis DRS对样品进行了表征。观察到异质结外貌为球形,具有典型的介孔结构,表面光电流响应和阻抗测试结果显示其活性显著增强。在光催化降解亚甲基蓝的反应中,退火后的CdIn_(2)S_(4)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的光催化活性最佳。反应90 min后,亚甲基蓝(MB)的降解率为96.7%。活性的提高可以归因于催化剂对可见光吸收的增强和光生电荷分离效率的提高。对照实验证明,降解体系中产生的活性物种·O_(2)^(-)在降解过程中起关键作用。预测了异质结光催化降解污染物的机制。本研究合成的复合CdIn_(2)S_(4)/ZnIn_(2)S_(4)异质结对制备高效光催化材料具有借鉴意义,并展示了其在降解污染物方面的良好实用性。