光催化剂在可见光下光催化还原二氧化碳的研究

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本文采用共沉淀法制备了CdxZn1-xS固熔态型复合光催化剂,采用水热法制备了CdS/TiO2复合光催化剂以及非金属元素掺杂的CdS/n-TiO2(n=N, S, C)系列光催化剂,分别在紫外光和可见光照射下进行光催化还原二氧化碳的研究,考察了上述光催化剂的催化性能,并通过XRD, UV-Vis, SPS, XPS, SEM等表征手段对催化剂结构和光化学性质进行了分析。采用共沉淀法制备的CdxZn1-xS(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)固熔态型复合光催化剂为六方晶系结构。随着x值的增加,带隙能逐渐降低,实现了半导体的能级结构的可控制备。考察了焙烧温度对催化剂的性质和性能的影响,光催化还原二氧化碳实验结果表明,在N2保护下,550℃焙烧的Cdo.7Zno.3S表现出最佳的还原性能,紫外光照射下甲酸产率为360.12μmol/(h-g),可见光照射下甲酸产率为35.34μmol/(h·g).采用水热法制备了CdS/TiO2复合光催化剂,并考察了CdS/TiO2的摩尔比(R)和水热温度(T)对该复合催化剂的性质和性能的影响。实验结果表明,当R=1/2,T=200℃时,复合催化剂表现出最佳还原性能,在紫外光照射下甲酸产率可达185.7μmol/(h-g);可见光下未检测到液相产物。该复合结构催化剂抑制了电子-空穴对的复合,有效提高了光催化产率,扩展了光响应范围。分别以硫脲(TU)、柠檬酸(CA)、尿素(UA)为非金属掺杂物,TiO2-P25作原料,经浸渍-焙烧制备出n-TiO2(n=C,N,S),然后通过水热法制备出了CdS/n-TiO2(n=C, N, S)复合光催化剂。掺杂非金属元素后,晶型均未发生变化,但电荷分离效率提高,TiO2的吸收边发生红移,催化性能明显改善。光催化还原二氧化碳结果表明:以CdS/S, N-TiO2为催化剂,在紫外光照射下甲酸产率最高可达500.07μmol/(h·g),在可见光照射下甲酸产率可达107.35μmol/(h·g);以CdS/C-TiO2为催化剂,在紫外光照射下甲酸产率最高可达515.56μmol/(h-g),在可见光照射下甲酸产率可达115.67μmol/(h-g);以CdS/N-TiO2为催化剂,在紫外光照射下甲酸产率最高可达531.71pmol/(h-g),在可见光照射下甲酸产率可达119.48μmol/(h-g),产率均高于未掺杂改性的CdS/TiO2光催化剂。
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