Mn_(0.2)Cd_(0.8)S@CoAl LDH S-型异质结构建及其光催化析氢性能研究

构建高效、稳定的异质结光催化剂体系是实现太阳能驱动分解水制氢的有效途径。本研究通过物理混合法将Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒与CoAl LDH纳米片进行耦合,成功制备出一种新型的Mn_(0.2)Cd_(0.8)S@CoAl LDH(MCCA)S型异质结光催化剂。光致发光光谱和光电流测试结果表明,该异质结在内建电场的作用下可以有效地加快Mn_(0.2)Cd_(0.8)S和CoAl LDH界面间光生载流子的分离和电子转移。关键的是,CoAl LDH的引入有效地抑制了光生电子与空穴的复合,从而提高了Mn_(0.2)Cd_(0.8)S的光催化产氢活性。最佳CoAl LDH负载量的MCCA-3在5 h内的产氢量为1177.9μmol。与单独使用纯Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒和CoAl LDH纳米片相比,这是一个显著的改进。本研究为合理设计用于光催化制氢的S型异质结光催化剂提供了一条简单有效的途径。

1D Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒/2D Ti_3C_(2)纳米片肖特基异质结的构建及光催化产氢性能研究

开发低成本的半导体光催化剂以实现可见光下高效、持久的光催化分解水产氢化是一个非常具有挑战性的课题。近年来,1D Mn_xCd_(1-x)S纳米结构由于载流子扩散路径短,长径比高,具有优异的光吸收、电荷分离和H_(2)析出活性,而广泛地应用在光催化H_(2)析出应用中。然而,单一的Mn_xCd_(1-x)S光催化剂仍然存在着一些缺点,如光生电子-空穴对的快速复合和量子效率低等。为了进一步促进光生电荷载流子的分离和H_(2)释放动力学,采用原位溶剂热法合成了Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒(MCSNRs)和Ti_3C_(2)MXene纳米片(NSs)之间的1D/2D肖特基异质结。采用各种表征方法深入地研究了金属Ti_3C_(2)MXene NSs在Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒上促进光催化H_(2)进化的关键作用和潜在机制。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、元素分布图和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段,证实成功地构建了低成本的肖特基杂质结,并将其应用于光催化产氢反应中。此外,在Na_(2)SO_3和Na_(2)S混合牺牲剂溶液中,进行了光催化析氢反应。优化后的1D/2D肖特基异质结的最高析氢速率为15.73 mmol·g^(-1)·h^(-1),比纯MCS NRs(2.34 mmol·g^(-1)·h^(-1))高6.72倍。在420nm处获得了19.6%的表观量子效率(AQE)。稳定性测试结果表明,二元光催化剂具有良好的光催化稳性性及广阔的应用前景。更有趣的是,紫外-可见漫反射光谱、光致发光(PL)光谱、瞬态光电流响应和极化曲线谱都清楚地证实了MCS NRs和Ti_3C_(2)MXene纳米片之间的有效电荷分离。线性扫描伏安法(LSV)也表明,MXene助催化剂的加入可以显著降低纯MCS NRs的过电位,证实2D Ti_3C_(2)NSs可以作为电子导电桥梁,改善H_(2)析出动力学。总之,金属Ti_3C_(2)MXene NSs和MCS NRs之间的2D/1D杂化肖特基异质结不仅可以大大改善光生电子和空穴的分离,而且可以减少H_(2)析出过电位,从而显著提高光催化产氢活性。希望本文的研究能为低成本肖特基异质结的构建提供新的思路,为光催化H_(2)生产的实际应用提供参考。

直接Z型LaNiO_(3)/Mn_(0.2)Cd_(0.8)S异质结催化剂光解水产氢性能及机理探究

以LaNiO_(3)纳米颗粒为基质,在水热法制备CdS的过程中引入Mn2+离子,原位合成直接Z型LaNiO_(3)/Mn_(0.2)Cd_(0.8)S异质结光催化剂。分别采用场发射扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、氮气吸附-脱附测试以及电化学测试等分析方法对制备的催化剂进行表征。在光解水产氢测试中,LaNiO_(3)/Mn_(0.2)Cd_(0.8)S异质结光催化剂在5 h的H_(2)产量达到1 190.3μmol,相较于CdS和Mn_(0.2)Cd_(0.8)S,其H_(2)产量分别提高了 25倍和10倍。荧光和电化学实验证实,Mn2+的引入能够有效地促进光生载流子的分离,同时LaNiO_(3)/Mn_(0.2)Cd_(0.8)S之间异质结的构筑能有效地促进光生载流子在界面间的迁移、分离,从而促进其光解水产氢效率和稳定性的提高。结合一系列表征和活性测试结果提出直接Z型光解水反应机理,很好地阐述了其光解水产氢活性和稳定性的增强。

垂直布里奇曼法生长的Cd_(0.8)Mn_(0.2)Te单晶体中Te沉淀相分析

Cd1-xMnxTe(CdMnTe,CMT)是制备光学隔离器、太阳能电池、x射线和γ射线探测器的优选材料。本实验采用垂直布里奇曼(VB)法成功地生长出Cd0.8Mn0.2Te单晶体。用JEM-3010型高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观察了CMT晶体中的纳米级Te沉淀。选区电子衍射得到了Te沉淀与CMT基体两相的合成电子衍射图。计算出单斜Te沉淀的晶胞参数为:a=0.31nm,b=0.79nm,c=0.47nm,β=92.71°。确定了Te沉淀和CMT基体的取向关系为(0■1)Te//(■02)CMT,[100]Te//[111]CMT。最后,对Te沉淀(缺陷)的形成原因进行了分析。

石墨炔基S型异质结构建及平米级光催化产氢

石墨炔由于其高载流子迁移率和有序的孔隙结构被认为是一种很有应用前景的光催化材料.本研究通过交叉偶联合成了一种新型球状石墨炔,并与棒状Mn_(0.2)Cd_(0.8)S耦合构建了S型异质结用于光催化析氢.结果表明,Mn_(0.2)Cd_(0.8)S/石墨炔异质结光催化剂表现出优异的光催化活性,产氢性能分别较Mn_(0.2)Cd_(0.8)S和球形石墨炔单体催化剂提升了16.78和613.2倍.同时,该催化剂应用于平米级规模产氢取得较好效果.其优异的光催化活性可归因于石墨炔的独特性能及S-scheme异质结的有效构建.通过紫外光电子能谱、原位辐射X射线光电子能谱、电子顺磁共振能谱、密度泛函理论计算和其他表征技术探究了S-scheme异质结的形成和光催化活性的增强.该工作可为石墨炔的形貌可调性制备以及高效异质结光催化剂的设计和合成提供新参考.