多酸_硫化铟锌复合材料的制备及其光催化产氢的应用.pdf
哈尔滨理工大学材料与化工硕士学位论文
多酸/硫化铟锌复合材料的制备及其光催化产氢的
应用
摘要
开发和设计宽光谱吸收、高电荷分离效率的光催化材料是实现高效产氢
的关键。硫化铟锌(ZnInS,简称ZIS)是一种具有较大的比表面积层状结构
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的半导体光催化剂,但ZIS存在光生电荷载流子复合速度快等缺点限制其发
展。过渡金属取代型多酸是具有多样结构的无机金属氧簇,其稳定性高、电
子传输能力强,然而多酸因易团聚、水溶性强等问题限制其在光催化领域的
直接应用。基于以上问题,本文通过异质结的构筑和缺陷工程等方式设计并
合成了性能优异且结构稳定的多酸基光催化复合材料,研究内容如下:
1.Keggin型多酸基ZIS复合材料的制备及其光催化产氢应用:以水热得
到的ZIS花球作基底,将将α-[SiWO{M(HO)}]10-(简称SiWM,M=Ni,
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Co,Fe)通过聚多巴胺(PDA)粘结在基底表面,制备ZIS/PDA/SiWM复合材料
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(简称ZPM-x,M=Ni,Co,Fe;x=1,2,3,4,代表SiWM投入量分别为23
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wt%,46wt%,69wt%,92wt%)。多酸的负载拓宽光催化剂在可见光区域的
吸收。异质结的形成促进了光生电子和空穴的分离,提供了丰富的催化活性
中心。在无额外助催化剂和光敏剂的条件下,ZPNi-2产氢速率最佳(13.40
mmolg-1h-1),且具备良好的稳定性。
2.Keggin型多酸基Zn缺陷ZIS复合材料的制备及其光催化产氢应用:
采用分步后处理,通过刻蚀制备富锌离子缺陷的硫化铟锌(VZn-ZIS)。以
V-ZIS为基底,制备了V-ZIS/PDA/SiWNi复合材料(简称V-ZPNi-x,x
ZnZn93Zn
=1,2,3,4,代表SiWNi投入量分别为25wt%,35wt%,45wt%,55wt%)。
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SiWNi均匀分布在薄片表面,拓宽了紫外-可见光区域的吸收,提供更多的
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反应界面,有效促进了光生电子的传输,更重要的是Zn离子缺陷的引入,
拓宽了材料的禁带宽度,提高了催化剂的氧化还原能力。其中,VZn-ZPNi-3
的产氢性能最佳,为21.43mmolg-1h-1,并具备良好的稳定性。
关键词多金属氧酸盐;ZnInS;光催化产氢;异质结;阳离子缺陷
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PreparationofPolyoxometalate/ZnInSComposite
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andtheApplicationinPhotocatalyticHydrogen