【摘 要】
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全球工业化的推进带来经济繁荣的同时,也带来了生态环境恶化、能源匮乏等一系列问题。光催化技术是一种可将绿色的太阳能转化为其他能源进而取代化石燃料的新兴技术,而挖掘其能够更高效地应用于制氢、减碳、降解污染物等方面的潜力,正是科研工作者们努力的目标。在众多优秀的硫化物半导体中,Zn In2S4因其较窄的可调带隙、低毒性以及良好的光电性能而备受关注。为探究并进一步提升Zn In2S4的光催化性能,本文采用
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全球工业化的推进带来经济繁荣的同时,也带来了生态环境恶化、能源匮乏等一系列问题。光催化技术是一种可将绿色的太阳能转化为其他能源进而取代化石燃料的新兴技术,而挖掘其能够更高效地应用于制氢、减碳、降解污染物等方面的潜力,正是科研工作者们努力的目标。在众多优秀的硫化物半导体中,Zn In2S4因其较窄的可调带隙、低毒性以及良好的光电性能而备受关注。为探究并进一步提升Zn In2S4的光催化性能,本文采用Mo S2作为助催化剂与其复合,在可见光下进行光催化活性测试,探究内容如下:（1）通过两步水热法合成Mo S2/Zn In2S4二元复合材料,即柠檬酸三钠辅助作用下,在Mo S2表面原位生长Zn In2S4纳米花。通过调节Mo S2的掺杂量,探究具有最佳析氢活性的Mo S2/Zn In2S4结构组成。结果表明,当掺杂Mo S2的质量比为14 wt%时,所制备的Mo S2/Zn In2S4（14 wt%MS/ZIS-N）具有可见光光催化分解水析氢的最优活性,可见光下其析氢速率为2.85 mmol·g-1·h-1,较比纯ZIS、ZIS-N、14 wt%MS/ZIS的活性分别是4.83、2.57和2.02倍。Mo S2/Zn In2S4具有良好的循环反应催化活性。表面活性剂柠檬酸三钠对结构的引导作用及Mo S2助催化剂的负载能够有效提升Zn In2S4在可见光下催化析氢效率。此外,在全光催化CO2还原反应中,柠檬酸三钠辅助合成的Zn In2S4也具有更优的催化活性,反应对CO和CH4产率均有明显提高,CO与CH4的产率比（9.83:1）分别是复合催化剂14 wt%MS/ZIS、14 wt%MS/ZIS-N和原始催化剂ZIS的1.11、5.24和4.98倍。通过结构形貌、光电表征分析进一步确定,Mo S2与Zn In2S4之间形成的I型异质结构能够有效提升光生电子-空穴的转移与传输,进而提升光催化活性。（2）调控合成的Mo S2/Zn In2S4二元复合材料用于光催化降解有机染料研究。改变光降解反应体系,探究不同结构材料的光催化反应性能。14 wt%MS/ZIS-N催化剂具有相对良好的催化降解效率,当催化剂量为0.03 g/L,罗丹明B（Rh B）溶液浓度为15 mg/L时,反应60 min后降解率达到91.49%。该降解反应符合Langmuir-Hinshelhood反应动力学模型,其一阶反应速率常数可达到0.036 min-1,是纯ZIS、ZIS-N、14 wt%MS/ZIS的1.85、1.39和2.62倍。通过添加自由基清除剂探究降解过程中起主要作用的活性物质并推测降解机理。结果表明,在14 wt%MS/ZIS-N光催化降解Rh B溶液中,自Zn In2S4的导带（CB）转移到Mo S2的CB上的电子可与O2发生还原反应,生成的·O2﹣可将Rh B氧化,实现降解;从Zn In2S4的价带（VB）转移到Mo S2的VB上的空穴可与反应体系发生氧化反应,双渠道氧化使Rh B的乙基脱离,苯环分解,实现降解。此外,通过检测14 wt%MS/ZIS-N催化剂于可见光下降解孔雀绿、结晶紫、亚甲基蓝、刚果红与甲基橙五种不同染料的速率,分析得知该催化剂降解阳离子染料的活性显著强于阴离子染料,其原因可归结于催化剂与染料分子间的静电相互作用。
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