CdS光催化的研究进展
cds量子点光催化
cds量子点光催化CDS量子点光催化是一种新型的光催化材料，其具有很高的光催化活性和稳定性，因此受到了广泛的关注。
本文将从什么是CDS量子点、光催化原理、应用前景等几个方面进行详细介绍。
一、什么是CDS量子点1.1 CDS量子点的概念CDS量子点是一种由硫化镉（CdS）纳米晶体组成的半导体材料，其直径通常在1-10纳米之间。
与大多数半导体材料不同的是，CDS量子点具有特殊的发光性质，即在受到紫外线或可见光照射时会发出强烈的荧光信号。
1.2 CDS量子点的制备方法目前，制备CDS量子点主要有两种方法：溶液法和气相法。
溶液法：将硫化镉和还原剂等混合在水或有机溶剂中，在一定温度下进行还原反应即可得到CDS量子点。
气相法：将硫化镉蒸发到高温反应管中，在氢气或氮气等还原剂存在下进行还原反应即可得到CDS量子点。
二、CDS量子点光催化原理2.1 光催化的基本原理光催化是指在光照射下，通过半导体材料对有机污染物和无机污染物进行降解的一种技术。
其基本原理是：当光照射到半导体材料表面时，会激发半导体材料中的电子从价带跃迁至导带，形成电荷对。
这些电荷对可以在半导体表面与氧分子结合形成活性氧，从而促进有机污染物和无机污染物的降解。
2.2 CDS量子点光催化的原理CDS量子点作为一种新型的光催化材料，其光催化原理与传统的半导体材料有所不同。
CDS量子点具有特殊的大小效应和能带结构，可以将可见光转换为高能量电荷对。
当CDS量子点受到可见光照射时，会产生电荷对，并在表面与氧分子结合形成活性氧。
这些活性氧可以促进有机污染物和无机污染物的降解。
三、CDS量子点光催化的应用前景3.1 环境污染治理CDS量子点光催化具有很高的光催化活性和稳定性，可以有效地降解有机污染物和无机污染物。
因此，CDS量子点光催化在环境污染治理方面具有广泛的应用前景。
3.2 新能源开发CDS量子点光催化可以将太阳能等可见光转换为高能电荷对，从而产生电能。
《CdS基宽光谱复合材料合成及其光催化还原CO2性能研究》
《CdS基宽光谱复合材料合成及其光催化还原CO2性能研究》一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术已成为科研领域的一个热点。
其中，光催化还原CO2技术具有巨大的应用潜力，可有效减少温室气体的排放并转化为有价值的化学品。
CdS作为一种典型的宽光谱半导体材料，因其具有较高的光吸收能力和良好的光催化性能，在光催化还原CO2领域受到了广泛关注。
然而，单纯的CdS材料存在着一些缺陷，如光生载流子复合率高、光响应范围有限等。
为了解决这些问题，研究者们开始探索将CdS与其他材料复合，以提高其光催化性能。
本文旨在研究CdS基宽光谱复合材料的合成及其在光催化还原CO2方面的性能。
二、实验方法1. 材料制备本文采用溶胶-凝胶法合成CdS基宽光谱复合材料。
首先，将适量镉盐和硫源在溶液中混合，加入表面活性剂以控制颗粒形貌。
随后，通过热处理和硫化处理得到CdS基复合材料。
2. 结构表征利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对合成材料的晶体结构、形貌和微观结构进行表征。
3. 光催化性能测试以光催化还原CO2为探针反应，评价CdS基宽光谱复合材料的光催化性能。
在封闭的光反应器中，以合成材料为光催化剂，以CO2和H2O为反应物，光照条件下进行反应。
通过气相色谱仪分析反应产物，计算CO2的转化率和产物选择性。
三、结果与讨论1. 材料表征结果XRD结果表明，合成材料具有典型的CdS晶体结构。
SEM 和TEM图像显示，材料具有均匀的颗粒形貌和良好的分散性。
此外，通过能谱分析（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）等手段，证实了材料中各元素的化学状态和价态。
2. 光催化性能分析实验结果表明，CdS基宽光谱复合材料具有优异的光催化还原CO2性能。
在可见光照射下，该材料能够有效地将CO2转化为碳氢化合物和醇类等有机物。
与纯CdS相比，复合材料的光催化性能得到显著提高。
这主要归因于复合材料具有较宽的光谱响应范围、较高的光生载流子分离效率和较强的氧化还原能力。
CdS基复合材料的制备及其光催化CO2还原性能研究
CdS基复合材料的制备及其光催化CO2还原性能研究CdS基复合材料的制备及其光催化CO2还原性能研究近年来，随着环境问题的日益突出，CO2的排放一直是全球关注的焦点。
尽管有许多减排技术被提出，但有效地利用CO2仍然是一项重大挑战。
光催化CO2还原技术因其高效、绿色、可持续等优势备受研究者的关注。
CdS作为光催化材料，由于其中等价格、易于合成和优良的光电性能而受到广泛关注。
然而，纯CdS在光催化CO2还原过程中的光电转化效率有限，且易受到光腐蚀的影响。
因此，制备CdS基复合材料成为提高其催化性能的有效途径之一。
目前，制备CdS基复合材料的方法主要有共沉淀法、溶液热法、气相沉积法等。
其中，共沉淀法是一种较为常见的制备方法。
通过选择合适的碳源和控制反应条件，可以在CdS表面上包裹一层碳材料，从而提高材料的光催化性能。
溶液热法可以在高温下快速合成纳米级的CdS纳米颗粒，并将其与其他复合材料进行成核和生长，从而形成CdS基复合材料。
气相沉积法则通过在气相反应中引入合适的前驱体，将其转化为CdS晶体，最后与其他材料聚集成复合材料。
除了制备方法的选择外，选择合适的复合材料也是影响CdS基复合材料光催化性能的关键因素。
目前常用的复合材料包括CdS与碳材料（如石墨烯、碳纳米管等）的复合、CdS与金属、半导体等的复合。
这些复合材料可以通过优化能带结构、增加光吸收范围等方式，提高光催化CO2还原性能。
光催化CO2还原性能的研究主要通过测定产物以及反应速率常数等参数来评价。
研究发现，CdS基复合材料通常显示出较高的CO和CH4产率，且有利于CO2的选择性还原。
同时，在不同光照强度和波长下，复合材料的光催化性能也有所变化。
例如，CdS与石墨烯复合材料在可见光区域表现出更高的活性，而CdS与金属复合材料在紫外光区域显示出更好的催化性能。
值得注意的是，尽管CdS基复合材料在光催化CO2还原方面取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战需要解决。
不同晶型纳米CdS的合成及其光催化活性【文献综述】
毕业设计文献综述纺织工程不同晶型纳米CdS的合成及其光催化活性一、前言部分纳米科学技术((Nano-ST)是20世纪80年代中期诞生并正在迅猛发展的前沿性、交叉性的高科技新兴学科领域[1]。
它是研究由尺寸在0.1～100nm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能在实际应用中的技术问题的一门科学技术[2]。
一般来说，纳米科学是研究纳米尺度范畴内物质运动和变化的科学，而在同样尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术则为纳米技术。
从广义上讲，纳米科学技术不仅是尺度的纳米化，而是在一种有别于宏观和微观领域的介观领域中认识和改造自然，使人类进入崭新世界的科学技术。
纳米科技的研究内容包括：创造和制备优异性能的纳米材料；设计、制备各种纳米器件和装置;探测和分析纳米区域的性质和现象。
纳米科技主要包括纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学和纳米力学等7个相对独立的部分。
CdS是一种被广泛研究的重要的光电和光催化材料[3]，但普通CdS易发生光腐蚀，因此其光催化性能一直不理想。
而纳米CdS由于粒径变小，使其能隙变宽，在激发光照条件下生成的光生电子和空穴的氧化、还原能力增强；同时比表面积增大，有利于对反应物的吸附；光生电子从体相向表面的迁移速。
CdS有立方闪锌矿和六方纤锌矿相两种晶型。
其中立方CdS是亚稳相，在加热情况下转化为六方CdS相，不易得到，因此目前关于稳定的六方CdS相的合成与研究报道较多。
CdS是一种典型的Ⅱ一Ⅵ族直接宽带隙半导体材料，具有很高的导电、导热性能和化学稳定性及良好的紫外吸收性能，广泛应用于光电导、压电晶体、窗口材料和激光材料等方面。
随着纳米材料的兴起，各种形貌的CdS纳米材料不断被制备出来，CdS纳米材料具有不同于块体材料和单个分子的独特物理化学性质[4]，在太阳能电池[5]、光催化[6]和发光二极管[7]等领域具有广阔的应用前景，因而CdS纳米材料的制备引起了研究者的高度重视。
《CuInS2对CdS光催化制氢性能的优化研究》
《CuInS2对CdS光催化制氢性能的优化研究》摘要：本研究针对CdS光催化剂在制氢过程中存在的性能不足问题，引入CuInS2作为助催化剂，通过优化其制备工艺和复合比例，显著提高了CdS光催化制氢的效率。
本文详细介绍了实验设计、实验过程、数据分析及结论，为光催化制氢领域提供了新的优化思路。
一、引言随着全球能源需求的持续增长，开发清洁、可持续的能源转换和存储技术已成为研究热点。
其中，利用太阳能的光催化制氢技术备受关注。
然而，光催化材料CdS存在对太阳光谱响应不足、光生载流子复合严重等性能缺陷。
针对这一问题，本课题采用CuInS2作为助催化剂，探索其对CdS光催化性能的优化效果。
二、文献综述CdS作为光催化材料具有独特的优势，但长期以来存在的一些性能限制，如稳定性不足和量子效率低下等。
近期研究指出，CuInS2具有与CdS相似的晶体结构，且其良好的导电性和可见光响应能力使其成为理想的助催化剂。
通过将CuInS2与CdS复合，可以有效地提高光生载流子的分离效率和传输速率，从而提高光催化制氢的性能。
三、实验方法1. 材料准备：准备所需化学试剂和基底材料，如CdS、CuInS2前驱体溶液等。
2. 制备工艺：采用共沉淀法结合高温煅烧制备CuInS2-CdS 复合材料，并探讨不同复合比例对性能的影响。
3. 性能评价：通过测定样品的紫外-可见光谱、光电化学性能及制氢速率等指标，评价其光催化性能。
四、实验过程与结果分析1. 制备过程：在共沉淀过程中，通过控制反应温度、时间及沉淀剂的浓度等参数，成功制备出不同复合比例的CuInS2-CdS 复合材料。
2. 性能测试：对所制备的样品进行紫外-可见光谱分析，发现随着CuInS2含量的增加，复合材料的光吸收边发生红移，表明可见光响应能力得到提高。
同时，通过光电化学测试发现，复合材料的光电流密度和电荷分离效率均有所提高。
3. 制氢性能测试：在模拟太阳光照射下，测试了不同复合比例样品的制氢速率。
《CdS纳米材料的可控制备及其光电化学性能研究》范文
《CdS纳米材料的可控制备及其光电化学性能研究》篇一一、引言近年来，纳米科技已成为科学研究领域中的热点之一。
作为其中的重要一环，CdS纳米材料因其独特的光电性能和广泛的应用前景，在光电器件、太阳能电池、光催化等领域具有巨大的潜力。
本文旨在研究CdS纳米材料的可控制备方法，并对其光电化学性能进行深入探讨。
二、CdS纳米材料的可控制备2.1 制备方法CdS纳米材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积法、溶胶凝胶法、水热法等。
本文采用水热法进行CdS纳米材料的制备。
该方法具有操作简单、成本低廉、产物纯度高等优点。
2.2 实验步骤（1）准备原料：将适量的Cd(NO3)2和硫脲溶解在去离子水中，制备成前驱体溶液。
（2）水热反应：将前驱体溶液转移至反应釜中，在一定的温度和压力下进行水热反应。
（3）产物分离与纯化：反应结束后，将产物进行离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤数次，以去除杂质。
（4）干燥与表征：将纯化后的产物进行干燥，并利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段进行表征。
三、CdS纳米材料的光电化学性能研究3.1 光电化学性能测试方法本文采用光电化学工作站对CdS纳米材料的光电化学性能进行测试。
通过测量样品的电流-电压曲线、光响应谱等数据，分析其光电性能。
3.2 实验结果与分析（1）电流-电压曲线分析：在光照条件下，CdS纳米材料表现出明显的光电流响应。
随着电压的增加，光电流逐渐增大。
此外，我们还发现，通过调整制备条件，可以优化CdS纳米材料的光电性能，提高其光电流密度。
（2）光响应谱分析：通过测量CdS纳米材料的光响应谱，我们发现其在可见光区域具有较好的光吸收性能。
此外，我们还发现，不同制备条件下得到的CdS纳米材料的光吸收边存在一定差异，这与其尺寸、形貌等结构特征有关。
（3）稳定性测试：为评估CdS纳米材料在实际应用中的稳定性，我们对其进行了长时间的光电化学性能测试。
结果表明，CdS纳米材料具有良好的稳定性，能够在光照条件下保持较长时间的光电流响应。
CdS基光催化剂的制备及其光催化产氢机制研究
CdS基光催化剂的制备及其光催化产氢机制探究引言：随着能源需求不息增长和化石燃料储量的枯竭，寻找清洁、可再生的能源已成为全球共识。
光催化水分解产氢是一种具有潜在应用前景的技术，其中CdS基光催化剂作为重要的光催化剂之一，在光催化产氢领域引起了广泛关注。
本文将介绍CdS基光催化剂的制备方法，并深度探讨其光催化产氢机制的探究进展。
一、CdS基光催化剂的制备方法1. 沉淀法：将适量的CdCl2和Na2S溶液混合，生成CdS沉淀，并经过洗涤和干燥处理，最终得到CdS粉末。
此方法简易易行，但粒径分布较宽。
2. 水热法：在水热条件下，将适量的CdCl2和Na2S混合反应，通过调整反应温度和时间控制CdS粒子的大小和形貌。
水热法制备的CdS粒子晶体结构完整，表面较为光滑。
二、CdS基光催化剂的光催化产氢机制探究光催化产氢的基本过程包括光生电荷对的产生、电荷传输和表面反应。
CdS基光催化剂产生光生电荷对的过程主要是通过光激发导致价带的电子跃迁到导带，生成电子-空穴对。
光生电荷对的分离和传输过程则主要依靠于CdS的晶体结构和表面性质。
1. 光生电荷对的分离与传输CdS基光催化剂的电子-空穴对可以通过界面上的势垒结构产生分离。
在CdS颗粒的表面，不规则的光敏结构和晶格畸变可形成引起电子回流的势垒，增进电子流入导带。
同时，表面的悬空键位和阴离子吸附位能提供空穴传输的途径。
因此，光生电荷对的分离和传输对光催化产氢过程的效率起着至关重要的作用。
2. 表面反应机理光生电荷对在CdS的表面上发生一系列反应，包括催化剂表面氧化还原反应和反应物的吸附与活化。
一般来说，光催化产氢主要依靠于还原反应。
在催化剂表面，光激发的电子传递给活性位点上的H+，产生H吸附物种。
与此同时，光激发的空穴可增进H2O的氧化，生成O2吸附物种。
H吸附物种和O2吸附物种在表面上相遇并发生基质的反应，最终生成H2气体。
三、将来进步趋势尽管CdS基光催化剂在光催化产氢领域取得了一定的效果，但其光催化活性较低，光解水的量子产率有限。
CdS-TiO2纳米复合结构的制备及其光催化机制的研究的开题报告
CdS-TiO2纳米复合结构的制备及其光催化机制的研究的开题报告一、研究背景和意义光催化技术是一种绿色环保的新型处理技术，可以有效地降解和处理有机污染物、重金属离子等环境污染物。
但是，传统的光催化材料存在光吸收较弱、光催化效率低等缺陷，因此需要开发新型的光催化材料，提高光催化效率。
CdS-TiO2纳米复合结构是一种新型、高效的光催化材料，其在光催化方面表现出良好的性能。
CdS是一种具有良好光响应性能的半导体材料，TiO2是一种稳定的氧化物材料，将两者组合在一起可以有效地提高光催化效率。
因此，通过制备CdS-TiO2纳米复合结构，并对其光催化机制进行研究，可以为环境污染物的降解和处理提供新的解决方案，具有重要的科研价值和实际应用价值。
二、研究内容和方法1.研究内容(1)制备CdS-TiO2纳米复合结构，通过SEM、TEM等表征手段对其形貌和结构进行分析。
(2)研究CdS-TiO2纳米复合结构的光催化性能，通过对RhB溶液的降解实验对其光催化效果进行评估。
(3)研究CdS-TiO2纳米复合结构的光催化机制，通过UV-vis漫反射光谱、XRD、XPS等手段对其光学性能和化学性质进行分析。
2.研究方法(1)制备CdS-TiO2纳米复合结构，采用水热法、溶胶-凝胶法等常见的化学合成方法。
(2)光催化性能评估，将制备的CdS-TiO2纳米复合材料加入RhB溶液中，通过紫外-可见光谱对其光催化效果进行监测。
(3)机理研究，通过对CdS-TiO2纳米复合结构的光物理性质和化学性质进行深入分析，以了解其光催化机制。
三、研究预期成果通过本研究，预计可以获得以下成果：(1)成功制备CdS-TiO2纳米复合结构，得到其形貌和结构特征。
(2)评估CdS-TiO2纳米复合材料的光催化效果，验证其在光催化领域的应用前景。
(3)揭示CdS-TiO2纳米复合材料的光催化机理，增加对其光学性质和化学性质的认识。
(4)为环境污染物的降解和处理提供新的解决方案和理论基础，具有较高的实际应用价值。
CdS基复合半导体光催化剂的制备及其可见光分解水产氢性能研究
CdS基复合半导体光催化剂的制备及其可见光分解水产氢性能探究近年来，水资源的日益短缺和环境污染问题给人类社会带来了巨大的挑战。
因此，水资源的高效利用和清洁能源的开发成为迫切的任务之一。
光催化技术作为一种可持续进步的能源转化方式，受到了广泛关注。
在光催化领域，半导体光催化剂是最常用的催化剂之一。
它们可以利用可见光的能量将水分解成氢气和氧气，实现太阳能的转化。
在浩繁的半导体光催化剂中，CdS被广泛探究并被证明具有良好的光催化性能。
制备CdS基复合半导体光催化剂是提高光催化性能的重要方法之一。
通过引入其他半导体材料或功能性纳米材料，可以有效提高光催化剂的可见光吸纳能力和光生载流子的利用率。
因此，制备CdS基复合半导体光催化剂具有重要的科学意义和应用价值。
制备CdS基复合半导体光催化剂的方法有浩繁种，其中最常见的是沉积法、沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法。
以沉积法为例，起首选择一种期望与CdS复合的半导体材料，如二氧化钛（TiO2）。
然后，通过沉积的方法将TiO2和CdS材料结合到一起，形成复合光催化剂。
此外，还可以在复合光催化剂中引入贵金属纳米颗粒，如铂(Pt)颗粒，以提高其光催化性能。
CdS基复合半导体光催化剂的制备不仅关乎合成方法，还与材料结构和形貌密切相关。
复合光催化剂的材料结构可以通过晶体结构分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等技术进行表征。
通过这些分析方法，探究人员可以了解复合光催化剂的晶体结构、晶格常数、晶粒大小等信息。
此外，还可以通过比表面积测试、X射线光电子能谱和紫外可见漫反射光谱等技术表征复合光催化剂的光催化性能。
在制备完CdS基复合半导体光催化剂后，需要对其可见光分解水产氢性能进行探究。
以可见光分解水产氢为例，可通过照耀光源将CdS基复合半导体光催化剂置于水中，利用光照过程中形成的光生电子和空穴，将水分解成氢气和氧气。
通过收集氧气和氢气的产率，可以评估光催化剂材料的光催化反应活性。
ZIF-67@CdS光催化剂的合成及其光催化性能研究
ZIF-67@CdS光催化剂的合成及其光催化性能研究
李翠林;李星;何倩;王华
【期刊名称】《兰州文理学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(38)3
【摘要】采用溶剂热法原位合成出一种新型MOF基复合光催化剂ZIF-76@CdS,用FT-IR、XRD和SEM等手段对催化剂的结构和形貌进行了表征,研究了ZIF-
76@CdS对有机污染物亚甲基蓝的光催化降解性能,探究了光催化反应可能的机理.研究结果显示:复合光催化剂ZIF-76@CdS对亚甲基蓝的光催化降解活性均优于单独的CdS与ZIF-76.经模拟太阳光照射60 min后,对10 mg/L的亚甲基蓝溶液降解率达到89.94%,分别是单一CdS和ZIF-67催化下的1.72和1.42倍,经过5次循环实验后,ZIF-76@CdS对亚甲基蓝光催化降解率仅下降了4.02%.CdS和ZIF-67的成功复合,扩大了对可见光的吸收范围,可以有效防止电子和空穴的复合,提高载流子的利用效率,使得复合光催化剂ZIF-76@CdS具有较高的催化活性.
【总页数】7页(P79-84)
【作者】李翠林;李星;何倩;王华
【作者单位】兰州文理学院化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】O643.36
【相关文献】
1.BiOBr/BiPO4复合光催化剂的原位合成及光催化性能研究
2.CuO/BiVO4复合光催化剂的合成及其光催化性能的研究
3.可见光催化剂Pb(OH)Cl的固相合成及其光催化性能研究
4.天然温泉水中Ag/AgCl/BiOCl复合光催化剂的合成及可见光催化性能研究
5.乙二醇-硫脲低共熔溶剂合成CdS光催化剂及其光催化性能研究
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ZnxCd(1-x)S光催化材料研究进展
一
ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ａｓｐｅｃｔｓ：ｏｗｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ， ｍｅｔａｌ ｉｏｎ ｄｏｐｉｎｇ， ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｍａｔｅｒ ｉａｌｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｚｎ Ｃｄ１ Ｓ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ ｗａｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．
ＣｄＳ的禁带 宽度 为 ２．４ ｅＶ，可 以吸收 小 于 ５１７ ｎｍ 的可见 光 ，对太 阳能的利用率较高 ，尤 其在光 分解水 产氢方 面 ，被认 为是一种 有效的光催 化材 料 川 。选 择将 一部 分 ＣｄＳ使用 ＺｎＳ （禁 带宽度 ３．６ ｅＶ）替 代 ，使两 者形 成 ｚｎ ｃｄ ｓ固溶 体 ，但仍 保 留其 对可见光 的 响应能 力。这种 做法 能通 过调 整 ｚｎ元 素 和 ｃｄ元 素 的比例 ，将 ｚｎ Ｃｄ Ｓ固溶体 的禁 带调整至最 适合光催 化反应 的位置 。在近 １０年 以来 ，ｚｎ ｃｄ ｓ光 催化 剂被 认 为是 硫 化物中最具潜力 、并且适 合实际应用 的材料之一 。
ｚｎ ｃｄ Ｓ光催化材料 的制备 方法 多样 ，并 且各 有优 劣势 ， 尤 其对材料 的形 貌有 较 大影 响 ，本 文 将对 ｚｎ ｃｄ ｓ的制备 方 法 进行简 单 介 绍 。在 性 能 方 面 ，对 于单 纯 的 Ｚｎ Ｃｄ Ｓ而 言 ， 其中 ｚｎ元 素 和 Ｃｄ元 素 的 比例 对性 能 有较 大 影 响 ；此外 ，将
Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９３；２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ
膜法制备g-C3N4CdS复合光催化剂及其光催化降解性能研究
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第 ２２ 期
膜法制备 g
ＧC３N４/CdS 复合光催化剂
及其光催化降解性能研究
龚世豪,汪晓光,张 丽
(江汉大学 化学与环境工程学院,湖北 武汉 ４３００５６)
摘要:采用高温聚合有机 物 前 驱 体 的 方 法,以 三 聚 氰 胺 为 前 驱 体,制 得 了 类 石 墨 型 氮 化 碳 (
参考文献:
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现 代 农 药,
１]陈蔚燕 ．紫花地丁 不 同 方 式 提 取 物 抑 菌 效 果 研 究 [
J]．
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１９~２２．
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２００８,
５(
２３):
５１２
~５１３．
１３６
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活性艳红(
X－３B)的实验评价了催化剂的光催化活性.
２ 实验部分
２．
１ 实验仪器与材料
实验仪器:台式低速大容量离心机、磁力搅拌器、真
CdS的制备与性能研究
ห้องสมุดไป่ตู้
•
半导体纳米粒子是指粒径在1~100nm之间的半 导体微粒。由于纳米微粒具有许多优异性质,从而 引起了人们的极大关注。CdS是典型的兀一VI族半 导体,由于具有优异的光电转换特性,被用来作为 太阳能电池的窗口材料. • 目前,人们利用各种方法已成功制备出CdS、 CdSe、Fe2O3、SiO2、CdSe、CdTe等纳米微粒,其中 CdS纳米微粒(CdSNPs)在光、电、磁、催化等方面 应用潜能巨大。 • CdS的禁带宽度为2.42eV,具有独特的光电 化学性能但是CdS属窄禁带半导体材料,能级非常 接近太阳光谱。
CdS主要晶型
合成方法
1、沉淀法 沉淀法合成CdS纳米粒子的方法又包括直 接沉淀法、均相沉淀法、络合沉淀法和同 阳离子共沉淀法等。 • 络合沉淀法:是指在有络合剂存在的条件下, 控制晶核生长制备超微粒的方法。利用PAN 做基底合成CdS，或者阳离子共沉淀法。
2、溶胶一凝胶法(胶体化学方法) 制备过程中超微粒尺寸大小一般用下述方 法控制: (1) 扩散控制法（控制溶液性质） (2) 表面修饰法 (含巯基的化合物修饰） (3) 加入无机或有机聚合物稳定剂
纳米CdS的应用研究
• 光学材料：传感器 • 光电材料：太阳能电池 • 催化材料：光解水制氢 光催化降解水体 污染物 • 生物荧光标签材料
3、微乳液法 微乳液是由油(通常为碳氢化合物)、水、 表面活性剂(有时存在助表面活性剂)组成 的透明、各向同性、低粘度的热力学稳定 体系。 4、其他方法 聚合物模板组装法、紫外辐射法、溶剂热 法、液晶模板法、水热法。
CdS复合与组装
（1）采用离子交换法将金属离子引入聚合物,再通 过与其他试剂反应原位合成无机纳米微粒。 （2）利用金属有机化合物作为自由基聚合反应的单 体,与另一种自由基进行无规共聚或交替共聚,将 金属离子引入聚合物,然后再通过与其他试剂的反 应形成金属硫化物的纳米微粒。
CdS复合光催化剂的研究
关 键词 ：Ｃ ｄ Ｓ 光催化剂 ； Ｃ ｄ Ｓ ／ Ｔ ｉ Ｏ ２ 复合半导体 ；Ｃ ｄ Ｓ ／ Ｚ ｎ Ｓ 复合物；Ｃ ｄ Ｓ 插层
中图分 类号 ：Ｏ ６ １ ４ ． ８ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ ４ — ０ ０ １ ４— ０ ３
李越婷 ，刘 晓宁 ，崔文权
（ 河 北联合 大 学化 工 学院 ，河 北 唐山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ）
摘 要 ：Ｃ ｄ Ｓ 是一种重要的光电半导体材料，Ｃ ｄ Ｓ 的禁带宽度为 ２ ． ４ Ｖ， 在可见光下具有催化活性。本文主要介绍了Ｃ ｄ Ｓ的
结构特点 ，制备方法及其在光分解制氢和降解有 机物方面的应用 。此外还介绍 了 Ｃ ｄ Ｓ ／ Ｔ ｉ Ｏ 复合半 导体光催化 剂 ，Ｃ ｄ Ｓ ／ Ｚ ｎ Ｓ复合物 和Ｃ ｄ Ｓ插层复合光催化剂的特点和制备 方法 。
Ｔｈ ｅ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｃｄ Ｓ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ
Ｌ／Ｙ ｕ ｅ—ｔ ｉ ｎ ｇ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ—ｎ ｉ ｎ ｇ，ＣＵ Ｉ Ｗｅ ｎ—ｑ ｕ ａ ｎ
（ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｔ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ ０ ６ ３ ０ ０ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｃ ｄ Ｓ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ；Ｃ ｄ Ｓ ／ Ｔ ｉ Ｏ２ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ；Ｃ ｄ Ｓ ／ Ｚ ｎ Ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｕ ｎ ｄ；Ｃ ｄ Ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ａ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ—
CdS纳米材料的合成及其光催化性质的研究
CdS纳米材料的合成及其光催化性质的研究程洋;牛和林【摘要】CdS nanoparticles (NPs)and nanorods (NRs)were synthesized by decomposing the sing-source precursor cadmiumbis(diethyldithiocarbamate)(Cd-DDTC)complex in ethylene glycol (EG) and ethylenediamine (En), respectively.The products were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM),X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).The prepared CdS NPs and NRs had good photocatalytic degradation effect on Rhodamine B (RhB)but showed two different photocatalytic degradation pathways.Under the catalysis of CdS NPs,RhB showed a rapid blue shift in short time (wavelength shifted from 5 5 3 nm to 498 nm).The possible causes of the different catalytic paths of the two CdS catalysts were analyzed.%通过将单一来源前驱物——二乙基二硫代氨基甲酸镉(Cd-DDTC)分别在乙二醇和乙二胺溶剂中分解,得到CdS纳米颗粒与纳米棒.利用 X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)等分析测试手段对所得的产物进行表征.所制备的 CdS纳米颗粒与纳米棒对罗丹明B (RhB)均有不错的光催化降解效果,但表现出两种不同的催化降解路径.在 CdS纳米颗粒催化下RhB表现出在很短时间内发生了快速的蓝移现象(波长从553 nm蓝移到498 nm).文中分析了两种CdS导致不同催化路径的可能原因.【期刊名称】《安徽大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(042)002【总页数】9页(P79-87)【关键词】硫化镉;溶剂热;光催化;脱乙基【作者】程洋;牛和林【作者单位】安徽大学化学化工学院,安徽合肥230601;安徽大学化学化工学院,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】TQ426.81自从1972年Fujishima 和Honda[1]发现水可以在TiO2作为光电极条件下产生氢气，半导体光催化技术被认为是可以解决环境污染与纯化问题的一个富有前景的科学技术.由于TiO2固有的可见光低利用率和光生电子-空穴的高重合率等弊端使其应用受限.为了克服这些问题，研究者采取了很多改良方案，如金属离子掺杂[2]，贵金属[3]、石墨烯[4]和金属氧化物[5]等物质修饰TiO2.近些年，越来越多的窄带隙的半导体逐渐被挖掘出来作为新型的光催化剂.如Wang等[6]报道通过水热法合成的CuO纳米材料可以在可见光条件下借助H2O2光分解RhB；Benhabiles等[7] 制备出高效的有机聚苯乙烯膜用于水处理；Li等[8]通过两步水热法合成的球形的F掺杂的BiVO4材料具有很高的可见光催化活性，可能原因是F离子被引进到BiVO4晶格中，抑制了光生电子-空穴的重合.这些成果为处理废水中的有机染料提供了一个十分有效的路径.光催化技术是基于半导体的价带和导带的电位而产生光生电子-空穴对所驱动的催化技术.CdS是对可见光有响应的一种常见的光催化剂，在室温下直接带隙为2.4 eV，由于其合适的带隙和频带边沿电位被认为是理想的可见光驱动的光催化剂.Xiong等[9]采用水热法在L-半胱氨酸和乙二胺作用下合成了不同形貌的CdS纳米材料，包括荷花状、扇形和多孔微粒.但合成的样品由于低的光生电子-空穴分离率并不能很好地用于RhB的降解.另外，在光辐射后，他们发现RhB的吸收峰位置随着时间的延长逐渐发生蓝移，认为发生了逐步脱乙基的过程[9].当然，现在有很多方法来制备CdS，比如水浴沉积法[10]、单一前驱物热分解法[11]和固态反应[12]等.无机-有机杂化物具备同时拥有无机模块和有机成分的优势，可能成为一种新颖、方便、有效的前驱物用于合成无机的功能材料[13].1999年，Yan等[14]首次通过将单一来源前驱物Cd-DDTC溶解在乙二胺溶剂中获得量子限域的CdS纳米线.后来又将Cd-DDTC在金团簇催化下经历气-液-固生长过程得到CdS纳米线[15].据了解，到目前为止用Cd-DDTC制备出的CdS很少被用来光催化降解有机染料，同时也还未见报道关于Cd-DDTC在有机溶剂乙二醇中的生长及其性质的研究.溶剂的不同对样品的形貌与成分有着很大程度的影响.笔者通过溶剂热法将单一来源前驱物Cd-DDTC在不同溶剂乙二胺和乙二醇中合成不同形貌的纳米棒与纳米颗粒状的CdS.将合成的两种产物用来光催化降解有机染料RhB，研究和比较其降解效果.1 实验1.1 试剂与仪器试剂：四水合硝酸镉(Cd(NO3)2·4H2O，分析纯)，对苯醌(BQ，C6H4O7，97%)，阿拉丁试剂 (上海)有限公司；二乙基二硫代氨基甲酸钠 (NaDDTC，C5H10NNaS2·3H2O，分析纯)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，(C6H9NO)n，优级纯)，乙二醇(EG，C2H6O2，分析纯)，乙二胺(En，C2H8N2，分析纯)，正丁醇(C4H10O，分析纯)，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na，C10H14N2Na2O8，分析纯)，重铬酸钾(K2Cr2O7，分析纯)，无水乙醇(C2H6O，分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；罗丹明B(RhB，C28H31N2O3·Cl，生物染色剂)，天津市光复精细化工研究所；蒸馏水(H2O，一次水)，自制.仪器：电子分析天平(AL204)，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；超声清洗机(JK-2200)，合肥金尼克机械制造有限公司；高速离心机(TG16-Ⅱ)，长沙平凡仪器仪表有限公司；数显恒温磁力搅拌器(HJ-3型)，金坛市杰瑞尔电器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9101-OSA)，上海三发科学仪器有限公司；X-射线衍射仪(XD-3型)，北京普析通用仪器有限责任公司；扫描电子显微镜(S-4800型)，透射电子显微镜(HitachiH-800)，固体分光光度计(U-4100)，日本日立公司；X射线光电子能谱(ESCALAB 250)，美国赛默飞世尔科技公司；液体紫外可见分光光度计(UV-3600型)，日本岛津公司；纳米激光粒度仪(Zetasizer ZS90)，江苏海门市其林贝尔仪器制造有限公司；氙灯光源(PLS-SXE300/300UV型)，北京泊菲莱科技有限公司；聚四氟乙烯内胆不锈钢反应釜(50 mL)，天合科研协作中心.1.2 样品的合成1.2.1 Cd-DDTC前驱物的合成用分析天平称取3.087 g Cd(NO3)2·4H2O和1.000 g PVP溶于120 mL蒸馏水中作为溶液A，称取4.506 g Na-DDTC 溶于60 mL蒸馏水中作为溶液B，在磁力搅拌作用下，将溶液B缓慢滴加到溶液A中，产生白色絮状沉淀物，滴加完毕后继续搅拌2 h，接着静置4 h，真空抽滤，用蒸馏水反复清洗白色絮状沉淀，60 ℃下干燥10 h, 得到Cd-DDTC前驱物.1.2.2 CdS纳米材料的合成取0.409 g Cd-DDTC于50 mL聚四氟乙烯内胆中，加入40 mL 乙二醇或乙二胺溶剂中进行搅拌.将装有样品的聚四氟乙烯内胆放入不锈钢反应釜中，密封，于180 ℃烘箱里反应12 h.将反应釜取出冷却至室温，用蒸馏水与乙醇反复交替洗涤产物，在60 ℃下干燥10 h, 得到产物.在溶剂乙二醇中合成的CdS记为CdS-EG，在溶剂乙二胺中合成的CdS记为CdS-En.1.3 光催化降解罗丹明B(RhB)实验取50 mg CdS粉末分散在RhB溶液(50 mL，10.5 mol·L-1)，超声分散.在进行光催化照射之前，将含有样品的悬浮液在黑暗条件下磁力搅拌1 h，使样品与RhB 溶液完全达到吸附-脱附平衡.之后将悬浮液在氙灯下进行照射(λ>420 nm)，每隔一段时间取样，离心，取上清液，用紫外可见吸收光谱仪测量RhB在λmax= 553 nm的吸光度，以检测RhB的降解程度.RhB的降解率根据公式(1-c/c0)×100%计算，c为在光照时间t时刻RhB的浓度，c0为吸附-脱附平衡时RhB的浓度.活性基团的实验操作与光催化实验类似.在添加催化剂之前添加不同捕获剂到RhB溶液中.2 结果与讨论2. 1 CdS的晶体结构与形貌XRD花样衍射图可以检测出样品的晶型与结构特征，SEM和TEM用来表征CdS 样品的形貌.图1是两种不同形貌CdS的XRD花样衍射对比图；图2是在溶剂乙二醇中形成的CdS的SEM、TEM和HRTEM图；图3是在溶剂乙二胺中形成的CdS的SEM图.图1 CdS-EG和CdS-En的XRD图谱图2 CdS-EG的SEM图(A)；TEM图(B～C)； HRTEM图(D)图3 CdS-En的SEM图(A)；局部放大图(B)由图1的对比结果显示，这两种物质所有的出峰位置是一样的，且与JCPDS卡No.41-1049相吻合，为六方相CdS.在图1中没有发现其他的杂质峰，证明所合成的物质是高纯度的单一物质.仔细比较，尽管所有衍射峰的位置是一致的，但峰的相对强度是有很大区别.衍射峰位置在24.9，26.6,28.3°分别归属于(100)，(002),(101) 晶面.在溶剂乙二醇中合成的CdS (CdS-EG)，最强峰是晶面(101)和(002)，然而在溶剂乙二胺中合成的CdS (CdS-En)，最强峰是晶面(100)，最弱的峰是晶面(002).进一步比较，CdS-EG的峰比CdS-En的峰宽，表明在乙二醇中形成的CdS比在乙二胺中合成的结晶度低.图2～3的结果表明不同溶剂中形成的样品呈现两种完全不一样的形貌.图2是在溶剂乙二醇中形成的CdS，样品是颗粒状，粒径大小从20 nm到60 nm不等.图2D是CdS颗粒的高分辨图，晶格条纹0.335，0.317,0.245 nm 分别归属于六方相的(002)，(101),(102)晶面.在图3中显示的是高分散的纳米线，长度从几十纳米到十几微米.Murugan等[16]发现了在不同溶剂中合成的CdS在某些晶向有优先生长的趋势.同样地，笔者认为在合成的CdS纳米颗粒与纳米棒中也存在着优先生长的趋势.低强度的(002)晶面是因为在乙二胺溶剂中优先沿着c轴方向生长[17-18]，这与图3中显示的具有高纵横比的纳米线形貌相吻合.由此可以发现溶剂对物质的形貌有很大的影响.2.2 XPS成分与化学态分析XPS分析可以确定合成样品CdS的元素以及其化学态形式.图4A是CdS-EG和CdS-En两种样品的XPS全谱图.图4B为CdS-EG和CdS-En催化剂的Cd 3d XPS谱.图4 CdS-EG和CdS-En XPS图谱(A)；Cd 3d XPS谱(B)由图4A可知，两种样品中都只含有Cd、S、O和C 4种元素.C的峰来自于参考样，O的峰来源于吸附的O2和H2O[19].由图4B可以看出，CdS-EG在404.6,411.35 eV处的2个峰分别对应于Cd 3d5,Cd 3d3，两者差值为6.75 eV，这表明有二价Cd的生成，暗示形成了CdS[20].而CdS-En的Cd 3d5和Cd 3d3分别位于404.85和411.6 eV，略高于CdS-EG，表明Cd的微环境不同，CdS-En的Cd原子的外层电子云密度更低.这可能是催化剂表面羟基或化学吸附水等给电子基团比例减少导致[21].2.3 UV-Vis 结果光催化效果与催化剂的光吸收效果有很大的关系.图5A是CdS的紫外-可见漫反射光谱.催化剂的禁带宽度可以根据(Ahν)1/2 对hν作图估算出，展示在图5B中，A、h和分别为吸光度值、普朗克常数和光频率. CdS的Eg可以根据外推法估算出，如图5B所示.图5 CdS-EG和CdS-En的UV-Vis漫反射光谱(A)；禁带宽度Eg估算(B)图5A中的2个曲线显示催化剂不仅在紫外光区有强的光吸收，对可见光也有不错的吸收效果.在乙二醇溶剂中制备的CdS (曲线b) 比在乙二胺溶剂中制备的CdS (曲线a)有更强的光吸收能力而且有一点红移趋势.图5B显示，CdS-EG的Eg为2.07 eV，略低于CdS-En的2.31 eV.2.4 PL光谱光致发光光谱(PL光谱)可以评估半导体的光生电子-空穴的分离和再重合程度.图6是CdS催化剂的光致发光光谱图，激发波长为408 nm.图6 曲线a和 b为CdS-En、CdS-EG的荧光光谱图6中CdS-En的PL光谱有1个弱的发射峰位于488 nm，2个强的发射峰分别位于529 nm和613 nm. CdS-EG的光谱出峰位置跟CdS-En一样，但是荧光强度明显较弱且峰形变宽.通常CdS纳米材料会观察到两种发射光谱带，激子发光和俘获发光[22].激子发光可能是由于自由电子-空穴再重合导致，特征是发射光比较强且位置靠近半导体的吸收边沿.俘获发光是与杂质、结构缺陷、非化学计量的位点或者是过量的S或Cd空缺相关[23].图6中位于488 nm的峰归于带边发射，而529 nm处的峰是由于宽的俘获态发射产生的[24].文献[25]的报道认为600 nm 处是由于在硫空缺捕获的电子与价态的电子的再重合发光的峰.结果认为乙二胺溶剂中合成的CdS有更高浓度的缺陷.一般而言，低强度的光致发光意味着在光辐射下有更低的光生电子-空穴的重合率，更有利于光催化降解.2.5 光催化降解RhB实验为了展示合成CdS的潜在应用，在可见光辐射下降解有机染料RhB作为典型反应去评估所制备的CdS的光催化活性.图7所示为RhB的结构式.图8为CdS-EG和CdS-En在可见光下降解RhB的降解吸收光谱及降解率对比图.图7 RhB结构式图8 RhB光降解时UV-Vis曲线变化(CdS-EG(A)，CdS-En(B))；在CdS-EG与CdS-En作用下RhB浓度随时间的改变(C)及其降解率动力学线性拟合曲线(D)对图8A～B所示仔细观察，发现2个降解谱图有着明显的区别，展示出不同的光降解方式.CdS-EG作为光催化剂，在光照5 min后RhB的特征吸收峰由553 nm 转移到498 nm且峰值也有显著下降.这种现象在CdS-En作为光催化剂中并没有出现，随着时间的进行，RhB的特征吸收峰由553 nm一步步降到498 nm.据文献报道[26]，RhB的最大吸收波长发生蓝移的现象是由于在光催化过程中RhB发生了脱乙基的反应，含不同乙基的罗丹明的最大吸收波长分别为四乙基-罗丹明λmax=553 nm，三乙基-罗丹明λmax=539 nm，二乙基-罗丹明λmax=522 nm，一乙基-罗丹明λmax=510 nm，罗丹明λmax=498 nm.结果表明，在CdS-EG催化下，RhB同时经历了脱乙基与共轭发色团裂解的两种反应[26]，且在前5 min内脱乙基速度很快，甚至可能是多个乙基团同时脱离.而在CdS-En催化下发生的是以矿化为主的逐步脱乙基的过程.氧杂蒽染料上的乙基或甲基基团对染料分子的稳定性起着很大的作用，乙基或甲基的脱离更易于分解[27].由图8C～D 可知，经过35 min的可见光照射，CdS-EG和CdS-En作为催化剂分别有98.4%和91.2%的RhB被降解，而经过55 min光照后在CdS-En催化剂作用下也就只有96.5%的RhB被降解.与其他报道过的文献[28-29]对比，合成的两种CdS对RhB均有较好的降解效果，在乙二醇溶剂中合成的CdS比在乙二胺中合成的光催化能力更强一点.根据文献[21]调研与实验结果进行推测，认为导致两种CdS光催化剂有截然不同催化路径可能是由于CdS表面所带基团的电荷不同使得RhB在催化剂表面的吸附状态不同所致.Zeta电位结果表示两种CdS光催化剂表面均带负电荷，CdS-EG的电位-11.9 mV比CdS-En的电位-4.44 mV更负.图4B中XPS分析结果表明两种Cd的微环境不同，CdS-EG催化剂表面羟基或化学吸附水等给电子基团比CdS-En的多，与Zeta电位结果一致.当催化剂表面带负电荷，RhB很可能通过带正电荷的-NEt2基团吸附在催化剂表面.它们之间有3种可能的作用模式：(1) RhB通过其中一个-NEt2基团朝向同一个方向竖立在催化剂表面；(2) RhB的两个-NEt2基团朝向同一个方向竖立在催化剂表面；(3) RhB的2个-NEt2基团横躺在催化剂表面.目前的实验结果不能区分以上3种模式和比例.所以分析结果认为由于催化剂表面所带的电荷不同，RhB与其作用的模式可能不同，从而会有不同的降解途径，包括快速脱乙基和逐步脱乙基过程.正如Wu等[30]报道，RhB的脱乙基过程主要是在催化剂表面发生的反应，而共轭发色团的破坏主要是发生在溶液本体中的过程.所以脱乙基的方式与催化剂表面的状态相关.光催化过程中产生的活性基团对反应的贡献也是不相同的.捕获实验的进行是为了判断CdS-EG在光催化降解过程中的主要活性基团[31].该实验中苯醌、正丁醇、乙二胺四乙酸二钠盐和重铬酸钾分别被用来捕获超氧自由基·O2-、羟基·OH、空穴h+和电子e-.捕获催化实验如图9所示.只有和e-1被捕获后脱乙基过程被阻止或减缓，说明脱乙基反应是由和e-1共同控制的.其中·O2-和h+对光催化反应起着最重要的作用，包括脱乙基反应和共轭发色团裂解过程.而·OH的作用最小，因为CdS价态价带的电势低于E0(·OH /OH-)(2.38 eV vs. NHE)，空穴h+不能氧化OH-成·OH.所以根据实验结果推测，CdS-EG催化降解RhB发生快速脱乙基现象归于染料在催化剂表面吸附状态以及在光照条件下产生的·O2-和e-1活性基团作用的共同影响.具体的催化途径需要更深层次的实验加以证明，有待继续探讨.A:苯醌; B: 正丁醇; C: EDTA-2Na; D: K2Cr2O7.图9 不同捕获剂下CdS-EG光催化降解RhB的UV-Vis谱3 结束语笔者使用单一来源前驱物Cd-DDTC在不同溶剂乙二醇和乙二胺中合成了不同形貌的CdS纳米材料.XRD检测了合成的CdS均为六方相.SEM测试表明溶剂对形貌的控制有很重要的作用，在乙二醇溶剂中形成纳米颗粒CdS而在乙二胺溶剂中产生纳米棒CdS.在不同溶剂形成过程中产生的结构缺陷对产物的光学性能也有不同的影响.最重要的是在光催化降解染料RhB的过程中发现了两种CdS均有着较好的降解效果且展示出不同的催化路径，快速脱乙基与共轭发色团的裂解两个竞争的过程.经过调研与实验探索，初步判断脱乙基反应与染料在催化剂表面吸附状态以及在光照条件下产生的和e-1活性基团作用有关.可在此基础上进一步探索光催化降解的反应机制.这种温和的实验方法可以应用于合成其他的功能材料如光催化剂、制氢材料、太阳能电池和锂电池等.参考文献：[1] FUJISHIMA A, HONDA K. 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简析光催化技术及其研究现状
简析光催化技术及其研究现状
光催化技术是指利用光能激发催化剂，在光照的条件下，促进化学反应发生的技术。
光催化技术在环境保护、新能源开发、化学合成、有机废水处理以及抗菌杀菌等领域具有
广泛的应用前景。
该技术的基本原理是利用光子能量将催化剂激发至其价带的价态，使其
从表面捕获活性物种进一步反应。
目前，光催化技术的研究现状主要集中在以下几个方
面：
1. 催化剂的研究：常见的光催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、Bi2WO6等。
这些催化剂具有很好的光催化性能，但是它们的光响应范围有限，光催化活性低、光电转换效率较低，无法满足某些特殊条件下的需求。
因此，当前的研究就是发展高效、稳定、廉价的光催化
材料，以提高可见光催化性能。
2. 反应机制的研究：光催化反应的机制复杂，涉及多个反应步骤，因此研究光催化
反应机理对于深入理解光催化反应过程是至关重要的。
目前，通过一系列的实验和计算方法，已经确定了许多光催化反应的机理，但是在某些复杂的体系中，反应机制还需进一步
探索和明确。
3. 应用领域的研究：光催化技术在环境治理和新能源开发等领域发挥了重要作用。
例如，利用光催化氧化技术处理污染水体、利用光催化技术制备二氧化碳还原反应、利用
光催化技术实现可见光驱动水分解等。
未来，光催化技术还将有更广泛的应用，例如利用
光催化技术分解甲醇制氢、利用光催化技术制备氨氮吸附材料等。
总之，光催化技术是一种具有广泛应用前景的新型催化技术。
未来，通过不断的研究
和开发，光催化技术将会得到广泛应用，并为环境保护和新能源开发等领域的发展作出巨
大贡献。
CdS和TiO2催化剂的改性及光催化活性的研究的开题报告
CdS和TiO2催化剂的改性及光催化活性的研究的开
题报告
1. 研究背景
CdS和TiO2是典型的光催化材料，具有广泛的应用前景。
然而，纯CdS和TiO2催化剂的光催化活性不高且易受到光照时间、温度等因素的
影响。
因此，在CdS和TiO2催化剂上引入其他材料进行改性是提高催化活性的有效方法。
2. 研究内容
本研究拟以CdS和TiO2为基础催化剂，通过引入其他材料进行改性，研究改性后催化剂的光催化活性变化，并探究其反应机理。
具体研究内
容包括以下几个方面：
（1）CdS和TiO2催化剂的制备及表征。
采用水热法制备CdS和
Sol-Gel法制备TiO2，并通过XRD、SEM、TEM、UV-vis等测试手段表征催化剂的结构性质和光学性质。
（2）改性CdS和TiO2的制备及表征。
引入不同材料如金属、半导体、非金属等，制备改性CdS和TiO2催化剂，并通过上述测试手段表征，并探究改性对光催化活性的影响。
（3）光催化反应条件的优化及催化活性测试。
以有机污染物为模型物质，通过调节光照时间、温度、反应物浓度等条件，优化光催化反应
条件，并测试催化剂的光催化活性。
（4）光催化反应机理的探讨。
通过光学吸收、电化学、稳定性等实验，探讨改性对光催化活性的影响机制。
3. 研究意义
本研究通过对CdS和TiO2催化剂的改性，能够提高催化剂的光催化活性，为环境污染治理、有机废水处理等方面提供新方法和新思路。
同时，对光催化反应机理的探究，能够深入理解光催化反应的基本规律，为光催化材料的研究提供理论支持。
CdS纳米复合粒子的制备和光催化性能研究
第 ３期
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本文 中利 用 逐 层 自组 装 技 术 和 “ 步法 ” 结 合 两 相
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制 备 Ｃ Ｓ纳 米 粒 子 ， 首 先 应 用 带 电 聚 合 物 聚 二 烯 丙 基 二 甲基 氯 化 铵 ｄ （ Ｄ Ａ） Ｐ Ｄ 、聚 苯 乙烯 磺 酸 钠 （Ｓ ） Ｓ Ａ一 ５孔 道 表 面功 能 化 ， ＰＳ 将 Ｂ １ 然后 引
入 Ｓ前 Ｃ ＣＯ ２２ ０， Ｓ气 中Ｃｄ 驱 体 Ｃｄ（ Ｈｓ ０）・Ｈ２ 再 将 产 物 在 Ｈ２ 氛 中硫 化 得 到
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国
等 手段 进 行 测 试 表 征 ，并将 所 制 样 品 用 于降 解 甲基橙 来测 试 其 光 催 化
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壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中硫化镉光催化的研究进展邓永盛（龙岩学院化学与材料学院，福建龙岩2009061606）摘要：不同的条件下壳聚糖/CdS复合粒子的光催化活性也不同，在适合的条件下往壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中加入CdS能显著提高他的光催化降解作用和光催化脱色作用，进一步拓宽其应用领域.关键词：壳聚糖/CdS；光催化；降解；脱色Chitosan/Poly (Vinyl Alcohol) In Composite Film Cadmium SulphideLight Catalysis Are ReviewedDengYongSheng(longyan college chemistry and materials institute, fujian longyan 2009061606)Abstract: under the condition of different chitosan/CdS composite particle of light catalytic activity is different, in a suitable conditions to chitosan/poly (vinyl alcohol) in composite film join CdS can significantly improve the photocatalytic degradation of his role and light catalytic decoloring role, further opening up its application field. Keywords: chitosan/CdS; Photocatalytic; Degradation; decoloring1 前言在各种解决能源问题的途径中 , 以太阳能转化和储存为主要背景的半导体光催化特性的研究是吸引人的科研方向之一[1] . 将半导体材料用于光催化降解水中污染物的研究还是近十几年的技术. 该技术的优点: (1)水中所含多种有机污染物均可被完全降解为CO2、H2O等, 无机污染物被氧化或还原为无害物（2）不需要另外的电子受体（3）合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可以重复使用等优点（4）可以利用取之不尽用之不竭的太阳能作为光源激活光催化（5）该法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染. CdS作为一种重要的半导体光催化剂 , 有着广泛的应用[2, 3].2 光催化研究(1) 光催化降解甲基橙染料废水是难降解工业废水之一 , 在酸性和碱性条件下的偶氮和醌式结构是染料化合物的主体结构, 因而, 以甲基橙作为染料模型化合物有一定的代表性. 崔玉明[4]采用胶体化学法制备表面富镉的Cd/CdS 纳米粒子为催化剂对水溶液中甲基橙的光催化降解进行了研究. 探讨了光催化反应机理, 讨论了光催化剂用量, 双氧水的用量, 试液的pH值, 光照时间与甲基橙脱色率的关系. 实验结果表明, 以表面富镉的Cd/CdS纳米粒子为催化剂, 对甲基橙光催化降解实验结果表明:当甲基橙起始浓度为20mg/L, Cd/CdS用量为0.500g, 双氧水用量为5.88mmol/ L, pH值为7.0时, 光照6h, 甲基橙的脱色率可达到95.5%. 而在同样条件下, 暗反应、空白实验甲基橙的脱色率分别达到5.2%、4.8%, 这说明光催化反应占绝对优势. 该法具有操作工艺简单、设备少、节能等优点, 将具有广泛的应用前景.而侯进[5]等用反相微乳液法制备了壳聚糖/CdS复合纳米粒子, 并考察了复合纳米粒子用量、光照条件和溶液pH值等因素对光催化降解甲基橙的影响. 结果表明:(1)随着复合纳米粒子用量的增加, 降解速率加快, 当用量超过0.30g时降解速率增加缓慢, 对于100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液催化剂最佳用量约为0.30g. (2)在光照条件下270nm和464nm处的吸收峰迅速减弱, 并最终消失, 且在258nm和455nm处出现了新的吸收峰, 说明甲基橙发生了降解. 而暗反应条件下未发生降解. (3)复合纳米粒子光催化降解甲基橙最佳pH为6~8. (4)复合纳米粒子的光催化降解能力明显优于普通CdS, 2min时降解效率高出50%, 400min时高出21.3%. (5)初步提出了复合纳米粒子光催化降解机理, 吸附作用是光催化降解作用的前置步骤.(2) 光催化脱色含有直接染料的废水具有色度深、毒性强、难降解等特点, 一直是工业废水处理的难点. 光催化降解直接染料反应时间短, 不产生二次污染物, 可将某些难生物降解的有机物彻底氧化为CO2和H2O. CdS粒子的吸收光谱宽, 消光系数大, 可以高效利用可见光, 且制备较简单, 在光催化降解各类有机污染物中已经得到广泛的研究和应用. 胡琳[6]等制备了壳聚/CdS复合粒子系统地研究了不同工艺条件、复合粒子用量、染料初始质量浓度、pH值和无机盐等对直接绿28脱色效果的影响, 并考察了复合粒子的重复使用效果, 结果表明, 直接绿28的光解脱色速率随染料起始质量浓度的增加而降低;复合粒子质量浓度为1g/L 时可以达到较好的光催化脱色效果;pH值3.2时, 光催化脱色效果最好;在所考察的几种无机盐离子中Br-的抑制作用最显著, NO2-对染料的光催化脱色稍有促进;复合粒子有较高的重复利用性.(3) 光催化降解茜素红侯进[7]等对壳聚糖/CdS复合纳米粒子在光催化降解茜素红的应用进行研究. 结果表明:(1) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子用量对光催化降解茜素红有重要影响, 随着其用量的增加, 对茜素红光催化降解速率加快, 当用量超过0.03g时降解速率增加缓慢, 对于100ml浓度为20mg·l- 1的茜素红溶液催化剂最佳用量约为0.03g.(2) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子对茜素红有一定的吸附作用, 但在吸附过程中没有出现新的吸收峰; 而壳聚糖/CdS复合纳米粒子在降解茜素红过程中, 分别在223nm和228nm处出现了新的吸收峰, 说明茜素红发生了降解.(3) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子在弱酸性条件下光催化降解茜素红较适合.(4) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子对茜素红的光催化降解能力明显优于普通CdS, 降解2min时, 两者的降解效率分别为54.18%和30.16%; 降解30min时, 两者的降解效率分别为9811%和6917%.(4) 溶液中共存阳离子对CdS光催化降解能力的影响研究者探索的影响催化剂光催化性能的水体中共存组分或外加组分可分为: (1) 水溶液的酸碱度[8, 9];(2) 外加氧化剂[9, 10]; (3) 无机共存离子[11-13]; (4) 表面活性剂[14, 15]等. 研究表明, 水体中存在的水溶性金属离子的种类和浓度能明显地影响光催化反应的速度和效率[16]. 但对于金属阳离子的影响, 目前尚缺乏较系统的研究. 2004年, Matsuo等[17]和Xie等[18]报道了稀土离子和Fe3+离子吸附修饰纳米TiO2或溶胶体系的光催化活性, 研究发现该体系不仅可以有效地扩展催化剂的光吸收范围, 改善催化活性, 而且比高温处理样品的光催化活性更好. 王琼生[19]等采用水热方法制备了纳米硫化镉光催化剂. 借助粉末X2射线衍射(XRD), 固体紫外可见漫反射光谱(DRS) 对合成产物进行了表征. 以纳米CdS和本体CdS作为可见光的光催化剂, 用难降解的离子型染料罗丹明B为探针分子, 讨论了溶液常见的共存金属离子种类、质量分数对CdS光催化降解罗丹明B的影响. 并得出共存离子Cu2+对CdS光催化降解罗丹明B起抑制作用, Ag+对CdS光催化降解罗丹明B没有显著影响, 而共存离子Fe3+和Pr3+能显著地提高纳米、本体CdS光催化剂降解罗丹明B的降解速率, 最佳的离子质量分数分别为催化剂用量的015%和10%.(5) 光催化降解活性染料染料废水是含有有机染料的高色度废水, 具有组成复杂, 水质、水量变化大, 色度高, 分布广, 难生物降解等特点, 是废水处理中的难点之一. 宋锦[20]等以硫化镉为光催化剂, 钨灯模拟可见光, 研究了硫化镉对活性染料亚甲基蓝的光催化降解过程. 考察了光照时间、催化剂用量、污染物的初始浓度、反应体系的pH 值等对光催化过程的影响. 结果表明, 以钨灯为光源下, 硫化镉能较好对亚甲基蓝进行降解.3 结论在目前的研究中, 硫化镉已被证明是一种具有可见光响应的光催化剂[21-23], 可以预见它将成为光催化领域有良好前景的光催化剂. 往壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中加入硫化镉能大大提高光催化降解活性和光催化脱色活性, 因此在节能省耗，降解染料工业废水、降解污染物中具有广阔的应用前景.参考文献[1] 崔玉民, 韩金霞. 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