纳米管状g-C3N4@ZnIn2S4复合材料的制备及其光催化性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


能源危机和环境污染是当今人类面临的两大难题。在所有生产清洁能源以及降解污染物的过程中,利用太阳能来实现能源的生成和污染物的降解是一种可持续而环保的过程[1]。光催化技术是实现这一过程的重要方式[2]。到目前为止,世界各国的科研人员研究了许多有代表性的光催化剂。一类是紫外光响应的光催化剂,比如,TiO2, STiO3, ZnO,SnO2等,可是阳光中紫外光占据较少的能量,只占4~5%的比例,所以这一类催化剂能利用的太阳能有限。另一类则是可见光驱动的催化剂比如CdSZnxCd1-xS,,Ta3N5,,BiVO4等,这些催化剂则有更宽的光谱吸收范围,但是较窄的禁带宽度导致其较高的光生电子-空穴复合效率,使得其光催化性能受到限制[3]


在所有的可见光响应催化剂中,高结晶性,高化学稳定性及环境友好的三元硫化物ZnIn2S4 (ZIS)因为其合适的能带位置、较强的可见光吸收效率以及高效的产氢活性而异军突起。Lei[4]首次报道采用水热法合成了ZIS催化剂,并发现了它在可见光下具有高活性和强稳定性的分解水制氢性能;同时,纳米ZIS材料也展现出了一些优异的性能,例如二维层状ZIS具有适宜的能带结构,其禁带宽度约2.7eV左右,其导带电位较大多数光催化半导体材料更负,因而在光催化产氢及降解染料等应用上具有明显优势[5]。但是ZIS同时也存在光催化材料普遍表现出的载流子复合几率高的问题,载流子的复合对光催化性能有很大的限制作用。提高材料的光生载流子传输和分离效率的方法有很多,如调控微观形貌、元素掺杂及构筑复合材料异质结等。


Gou等[6]通过选择不同的溶剂和模板剂制备了多种形貌各异的ZIS催化剂,如微球状、纳米管状、纳米线状和纳米带状,并研究了不同合成条件不同形貌的ZIS的催化产氢活性。由于ZIS催化剂对光催化反应的催化效果不够明显,为了进一步提高ZIS的催化活性,研究者对其做了不同方法的修饰和改进,如金属离子掺杂,过渡金属硫化物负载,其中合适量的金属离子掺杂能够有效地提高ZIS3的催化活性[7]

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