SnS/CdS光催化剂的制备和表征开题报告

1. 研究目的与意义

人类在进入二十一世纪的今天，正面临着人口、资源、能源和环境问题的严峻挑战，而环境污染，能源短缺是其中最重要的问题。光催化技术同时关系到环境、能源这两大课题，并且跟传统的高温、常规催化技术及吸附技术相比有很多优点，具有广阔的应用前景，所以吸引了越来越多的研究者投身其中。

尽管前人己经在提高量子产率、扩展光吸收范围、工业化应用等领域开展了大量的工作，也取得了一定的进展，但从目前的研究成果来看，可见光利用或能量转化效率仍然普遍偏低，高效光催化剂的可控制备、表征以及光催化的工业化等方面仍然有许多工作需要去完成。

在实际应用中，宽带隙半导体催化剂如tio2只能被紫外光辐射激发，太阳能的利用率很低；窄带隙半导体催化剂如cds虽然能吸收可见光，但存在光腐蚀问题。 围绕这些问题，人们着手对现有半导体催化剂进行改性，如离子掺杂、贵金属沉积，多种半导体复合等方法能显著改善半导体光催化性能。

2. 国内外研究现状分析

目前，对半导体光催化过程较普遍的认识是，其价带上的电子受光激发跃迁到导带，在导带形成光生电子，在价带上产生空穴。 由于半导体导-价能带间存在禁带，光生电子和空穴在复合前有足够长的寿命(nanosecond) ，这使得它们可迁移到催化剂表面并与吸附在那里的分子(OH^-、O₂、有机物等) 发生能量和电荷交换，产生具有强氧化能力的OH、H₂O₂、O₂^-等物种。这些基团是直接参与化学反应的主要活性物质，也不排除光生电子和空穴直接与反应基质作用的可能性。

光解水过程的效率与受光激发而产生的自由电子和空穴对的多少、自由电子-空穴对的分离、存活寿命、再结合及逆反应的抑制等因素有关。必须指出的是，并不是所有的半导体材料都能作为光解水的催化剂。要作为光解水的催化剂，必须满足一定的条件：首先，禁带宽度要大于水的电解电压(理论值1.23 eV)；其次，要满足电化学方面的要求，即半导体价带的位置应比O₂/H₂O的电位偏正，而导带的位置应比H/HO的电位偏负。

总的来说，半导体的带宽要大于分解水需要的最小带宽。需要在半导体的价带和导带之间引入一个能级，使半导体的带宽减小从而具有可见光响应。近几年，光催化分解水制氢的研究主要集中在利用可见光反应体系的研究中，所报道的光催化剂大概有CdS、Bi₂MNbO₇(M＝A1，Ga，In，Y)、Pt/SrTiO₃：Cr，Sb、Ta、Pt/SrTiO₃：Rh等。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

l 选用固相法制备sns/cds可见光催化剂。

l 用紫外-可见光漫反射仪、sem和xrd等对产物进行结构表征。

4. 研究创新点

sns，cds作为光催化剂和sns/cds复合光催化剂目前的研究还较少。

sns/cds形成的复合光催化剂，由于这两种光催化剂的导带、价带的带隙不一致而发生交迭，从而提高光生电荷的分离率，拓展了cds的光谱响应，抑制cds 的光腐蚀。

开展sns/cds光催化剂的制备和表征，研究工作具有重要的理论意义和实际意义。