硫化镉/硫化铅复合光催化材料的光催化产氢性能研究开题报告

全文总字数：4748字

1. 研究目的与意义（文献综述）

当今社会，能源紧缺成为人类社会迫切需要解决的主要问题之一。氢能作为二次能源，具有清洁、高效、廉价等诸多优点，是解决能源问题的关键点，制氢技术也是科研工作者致力研究的重要领域。而且地球表面70%都被水覆盖，如果可以把水中的氢元素全转为氢能，这将在洁净能源转换和治理环境污染等方面具有重要意义。当前有很多方法可以产生氢气，如光催化、光电催化和电催化等。其中光催化水分解产氢因其环保、廉价、经济等优点而被认为是制备氢气的最佳策略。自1972年首例以tio₂电极进行光电催化分解水制氢的报导诞生以来，这种类似于植物光合作用的制氢技术迎来了全世界的研究热潮。

cds是一种典型的iib–via族半导体化合物，室温下块体禁带宽度2.4 ev。cds因其优异的光催化产氢性能和可见光响应能力而被广泛地应用于光催化领域。然而，cds由于光生载流子的快速复合和光腐蚀等原因，限制了cds在光催化制氢领域的进一步应用。为了突破这些局限性，人们进行了许多解决方案的研究，包括交换量子点表面的配体，与碳材料复合、金属沉积或金属掺杂，耦合其他半导体形成异质结和形成核壳结构等。其中，核壳结构因其具有性能稳定，制备方法简易等优点而广受关注。

近年来，纳米硫化铅（pbs）因其独特的物理和化学性质而成为相关领域的研究热点，其在光学、生物学、电子学、陶瓷等领域拥有的巨大开发潜力和应用价值引起人们的广泛关注。块体硫化铅是典型的Ⅳa-Ⅵa族半导体材料，具有立方岩盐结构，拥有较大的激子玻尔半径（18nm）以及较小的能带间隙 （0.41ev，300k）。当pbs的颗粒尺寸减小至纳米尺度范围内时，其能带从近红外区域蓝移至可见光区域，表现出了特殊的光学特性。根据目前科研资讯，cdse/cds、cds/cus、cds/zno等核壳结构光催化量子点的研究已经取得了一定成果，关于核壳结构的形成、调控和应用理论都已相对成熟，但并未有cds/pbs核壳结构量子点的相关成果报导出现。基于此，合成制备出cds/pbs复合光催化材料，并对其进行光催化产氢性能的测试研究是目前有研究价值的热点。所以，我们采用热注入法和表面配体交换方法合成亲水的硫化镉/硫化铅量子点。选取合适的助催化剂，并研究助催化剂的含量对光催化产氢性能的影响。同时表征与探索硫化镉/硫化铅的组成与结构，研究其结构与性能之间的内在联系。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容：

（1）热注入法合成硫化镉量子点，通过表面阳离子交换或吸附合成的方法将硫化镉量子点转化成硫化镉/硫化铅核壳结构量子点。

（2）量子点亲水性的转换：通过表面配体交换将硫化镉/硫化铅量子点从疏水转变为亲水。

（3）硫化镉/硫化铅量子点光催化产氢性能的研究：对不同助催化剂修饰的硫化镉/硫化铅量子点进行光催化产氢性能研究，找到产氢性能最佳的助催化剂修饰的硫化镉/硫化铅量子点。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，熟悉实验所需原料、仪器和设备。确定实验技术方案，并完成开题报告；

第4-7周：掌握热注入法合成量子点以及光催化产氢的原理，设计具体的实验方案，了解并掌握相关材料表征方法的基本原理；

第8-10周：完成助催化材料修饰硫化镉/硫化铅复合材料的制备及其产氢性能测试和结构表征；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]li q, guo b, yu j, et al. highly efficient visible-light-driven photocatalytichydrogen production of cds-cluster-decorated graphene nanosheets [j]. j. am.chem. soc., 2011(133): 10878-10884.

[2]bisschop s, geiregat p, aubert t, et al. the impact of core/shell sizes on theoptical gain characteristics of cdse/cds quantum dots [j]. acs nano, 2018(12):9011-9021.

[3]moon h, lee c, lee w, et al. stability of quantum dots, quantum dot films, andquantum dot light-emitting diodes for display applications [j]. adv. mater.,2019(11): 1804294.

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