超细cds和多孔bivo4纳米结构的制备及光催化性能

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1、超细CdS和多孔BiVO4纳米结构的制备及光催化性能SynthesisandPhotocatalyticPerformanceofUltrathinCdSandPorousBiVO4Nanostructures一级学科：化学学科专业：物理化学研究生：黄义指导教师：张兵教授天津大学理学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书

2、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要纳米半导体材料在太

3、阳能光解水领域展现出了广泛的应用和良好的性能。如何制备出催化活性高、稳定性好、价格低廉的半导体光催化剂是当前太阳能光催化研究领域的焦点，也是实现其商业化和大规模推广的关键。构筑高催化活性的半导体材料可以通过改善半导体对光的吸收，提高光生电子-空穴对的分离效率和增加表面反应活性位等途径。基于此，我们以原料丰富、易制备、可见光催化性能优异的CdS和BiVO4两种代表性的金属硫属化合物和氧化物作为研究对象，发展超细纳米结构的可控合成方法，探讨形貌、尺寸、结构与催化性能间的关系，制备出了光催化制氢、光电催化分解水等太阳能光

4、解水制氢领域的新型纳米半导体材料。主要研究内容归纳如下：（1）发展了选择性的阳离子交换诱导的化学转化策略，以ZnS-DETA2+（DETA=二乙烯三胺）无机-有机杂化纳米片为起始材料，与Cd进行反应，成功制备了分支尺寸可调的三维等级超细分支CdS纳米线阵列（3DHU-CdS）。3DHU-CdS兼具超细和等级的特征，不仅能够作为光催化剂还原水制氢，而且能够作为光敏剂，与分子配合物复合构筑人工杂化光合体系，表现非常好的光催化制氢活性和稳定性。（2）发展了有机胺分子辅助策略，成功的制备了厚度约为2.5nm的超薄CdS纳米

5、片及其与还原氧化石墨烯的复合材料。通过静电引力的作用，与WO3纳米片复合构筑直接Z-型光催化制氢体系。所构筑的Z-型光催化体系表现出非常高的制氢活性和稳定性，这得益于特殊的超薄纳米片结构、合适的能带结构以及还原氧化石墨烯的作用。此外，我们证实了我们所构筑的Z-型光催化剂也能够用作光电阴极材料。我们的工作为构建稳定而高效的光催化系统提供了新的途径。（3）构筑了由多孔BiVO4膜作为光吸收材料和NiFe-LDH纳米片作为产氧助催化剂组成的复合光阳极，光生载荷子的分离效率以及表面反应动力均得到极2+大提高。此外，当在二元

6、金属的NiFe-LDH中嵌入Co得到三元金属NiFeCo-LDH作为助催化剂，复合光电极的光电性能得到了进一步增强，并且获得了高于目前大多数未掺杂BiVO4基复合电极的光电流。LDHs中金属离子种类和比例可调性使其成为非常有发展前景的光电产氧助催化剂。关键词：化学转化，超细纳米结构，光解水制氢，光阳极，光电催化分解水I万方数据ABSTRACTThenano-semiconductorhasshownwideapplicationandgoodperformanceinthefieldofsolarphotocata

7、lyticwatersplitting.Howtopreparesemiconductorphotocatalystswithhighactivity,goodstabilityandlowpriceisthefocusofthecurrentresearchinthefieldofsolarphotocatalysis,andalsothekeytorealizeitscommercializationandpopularization.Improvingtheabsorptionoflightbysemicon

8、ductor,enhancingtheseparationefficiencyofphotogeneratedelectronholepairsandincreasingthesurfacereactivesitesarethepromisingapproachestobuildingsemiconductormaterialswithhighcatalyt