CdIn2S4光催化剂分解硫化氢制氢研究

CdIn2S4光催化剂分解硫化氢制氢研究
单雯妍;樊慧娟;吕宏飞;白雪峰
【摘要】采用水热合成法制备系列CdIn2S4光催化剂,并通过XRD、UV-Vis分析手段对上述催化剂进行了表征.CdIn2S4是具有立方尖晶石结构的半导体光催化剂,当n=0时,吸收边约为550 nm.将CdIn2 S4光催化剂应用于光催化分解硫化氢制氢,实验结果表明,当n=0时,CdIn2 S4具有较好的光催化分解硫化氢制氢性能,制氢速率为245.6 μmol/(h·g).
【期刊名称】《黑龙江科学》
【年(卷),期】2017(008)002
【总页数】2页(P16-17)
【关键词】光催化;制氢;CdIn2S4
【作者】单雯妍;樊慧娟;吕宏飞;白雪峰
【作者单位】黑龙江省科学院石油化学研究院,哈尔滨150040;黑龙江省科学院石油化学研究院,哈尔滨150040;黑龙江省科学院石油化学研究院,哈尔滨150040;黑龙江省科学院高技术研究院,哈尔滨150020;黑龙江省科学院石油化学研究院,哈尔滨150040;黑龙江省科学院高技术研究院,哈尔滨150020
【正文语种】中文
【中图分类】O643.32
随着经济的发展，能源短缺和环境污染问题日趋严重。

H2S是炼油、天然气处理和化学工业生产过程中生成的有害气体，合理利用上述过程产生的H2S资源，通
过分解H2S来制取H2受到了广泛的关注。

国内外研究人员研发了系列具有光催
化活性的半导体材料，应用于太阳能光催化分解H2S。

为了有效提高太阳能的利
用率，采用半导体复合[1,2]、离子掺杂[3]及负载[4]等方法对光催化剂进行改性，可以提高光催化剂在可见光区域的催化活性。

CdIn2S4是一种三元金属硫化物，具有立方尖晶石结构，通常应用在光导体、太
阳能电池及发光二极管等方面[5]。

因其具有优异的光电性能，又被研究人员应用
于光催化分解H2O制取H2以及降解有机污染物等领域。

本文采用水热法制备半导体光催化剂CdIn2S4，并通过改变催化剂均匀沉淀反应的时间和反应液的浓度，选取制备催化剂的最佳条件，探索催化剂反应性能与其微观结构之间的关系。

1.1 催化剂的制备
原料为硝酸镉(Cd(NO3)2·4H2O)、硝酸铟(In(NO3)3·4H2O)和硫代乙酰胺
(CH3CSNH2)，摩尔比=1∶2∶8，取75 mL蒸馏水将一定浓度的原料搅拌至溶解完全。

均匀沉淀反应在水浴条件下进行n h(n=0、1、2、3)，水浴温度为80℃，反应后形成的黄色溶胶，加入以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，设置反应温度为160℃，反应时间为24 h。

自然冷却，取出样品依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤
数次，80℃真空干燥4 h，得到CdIn2S4光催化剂。

1.2 催化剂的表征
样品分析采用日本理学公司生产的Rigaku X射线衍射仪(D/MAX-3B型，Cu靶，40 kV，扫描区间10°～70°)；样品的紫外-可见漫反射分析(UV-Vis)由日本Shimadzu公司生产的紫外-可见漫反射仪(UV-2450)进行测量( 240～800 nm)。

1.3 光催化制氢性能评价
光催化制氢反应实验在自制内循环式石英反应器中进行。

实验以250 W高压汞灯为光源，并采用浓度为1 mol/L的亚硝酸钠溶液滤掉λ<400 nm的光。

光催化分解硫化氢制氢过程：取0.2 g光催化剂，加入到300 mL反应溶液中(反应介质为
0.35 mol/L Na2S和0.25 mol/L Na2SO3组成的混合水溶液)；磁力搅拌下使催
化剂均匀分散。

开灯前，通N2吹扫20 min去除氧气。

反应0.5 h后，采集气体
样品进行H2定量分析(气相色谱)。

2.1 不同均匀沉淀反应时间制备的光催化剂表征
控制反应液浓度为0.026 mol/L，考察不同均匀沉淀反应时间对CdIn2S4光催化
剂催化性能的影响，通过XRD、UV-Vis等分析方法对催化剂进行了表征，表征结果分别见图1～2。

由图1可知，水热法制备的CdIn2S4光催化剂具有纯相立方尖晶石结构，没有CdS、In2S3等其他杂质的存在。

其特征衍射峰分布在23.1°、27.2°、33.0°、43.3°、47.4°、55.5°和66.1°处，分别对应(220)、(311)、(400)、(511)、(440)、(533)和(731)七个晶面。

CdIn2S4的结晶度随着均匀沉淀反应时间的延长，略有
提高。

由图2可知，所有催化剂样品均能实现可见光响应，具有可见光光催化活性。

当n=0时，样品在可见光区吸收范围较宽，吸收强度较大，吸收边约为550 nm。

2.2 不同均匀沉淀反应时间制备的光催化剂分解硫化氢制氢性能
由图3可知，当n=0时，所制备的光催化剂表现出较好的制氢性能，其平均产氢
速率达到245.6 μmol/(h·g)。

实验结果表明，均匀沉淀反应时间对催化剂制氢性
能影响较大，可能是因为均匀沉淀反应1 h时，S2-未被完全释放出来，反应不完全；反应时间延长后，粒子发生团聚，使得表面积减小，制氢速率下降。

第一，采用水热法制备系列CdIn2S4光催化剂，分析结果表明，制得的催化剂均
为立方尖晶石结构，随着均匀沉淀反应时间的延长，结晶度略有增加。

当n=0时，吸收边约为550 nm，且吸收强度较大。

第二，以Na2S(0.35 mol/L)与Na2SO3(0.25 mol/L)组成的混合水溶液为反应介
质，当n=0时，CdIn2S4具有最高的产氢速率，达到245.6 μmol/(h·g)。

【相关文献】
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[2] 马雅婷，李巧玲. TiO2/Co3O4复合纳米颗粒的制备及其光催化制氢性能[J]. 无机材料学报，2016，31(8)：841-844.
[3] DAI G P，LIU S Q，LIANG Y， et al． A simple preparation of carbon and nitrogen co-doped nanoscaled TiO2 with exposed { 0 0 1} facets for enhanced visible-light photocatalytic activity[J]. Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2013，(368-369)：38-42．
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