1. 研究目的与意义
环境污染和能源短缺是当前人类所需解决的重大挑战,是我国实施可持续发展战略所要优先考虑的重大课题。饮用水和室内空气质量直接影响到人们的健康和生活质量。微量有机物污染是目前饮水处理中面临的突出问题,关乎饮水的安全性。例如,存在的微量天然有机物在氯消毒过程中产生三卤甲烷、卤乙酸等消毒副产物,人工合成化合物尤其是微/痕量内分泌干扰性物质(edcs)对人体健康构成更为隐蔽和长远的危害,在世界范围内引起广泛的关注。为此,最新颁布实施的《生活饮用水水质卫生规范》增添了约50项有关有害有机物的非常规检测指标。近几年室内空气质量已成为公共关注的热点,室内空气污染事件频频发生,轻微的使人感到不适,工作效率显著降低,严重的甚至导致人员死亡或患恶疾,病态建筑物问题日益突出。挥发性有机物(如甲醛、甲苯)以及生物污染(霉菌、真菌和病毒)是当前改善室内空气质量所面临的主要课题,前些年sars的发生更向我们提出了经济有效净化空气以防范疾病通过室内空气传播的严峻课题。如何经济有效地净化水和空气是我们所要解决的重大科学挑战。
光催化可以将低密度的太阳光能转化为高密度的化学能、电能,同时可以直接利用低密度的太阳光降解和矿化水和空气中的各种污染物,所以光催化在环境净化和新能源开发方面具有巨大的潜力。利用光催化可以实现通过热反应得不到的化学反应,通过光强、光波长可控制反应速度和选择性;这一方法可在室温下充分利用太阳光,具有低成本、无污染的优点,对于从根本上解决环境污染和能源短缺问题具有不可估量的意义。
随着能源危机和环境危机的日益加深,太阳能电池及太阳能电池材料、光催化分解水制氢及制氢材料、光催化降解有机污染物及光催化材料等研究领域,都已成为全球的热点研究领域, 各国纷纷投入大量的人力和物力进行太阳能电池、光催化降解和光催化,也可以用来降解环境污染物,
2. 国内外研究现状分析
硫化镉是本征n型半导体,属ⅡB-ⅥA族化合物,是一种重要的半导体材料,在光电转换和光催化领域有着广泛的应用。纳米硫化镉由于具有更大的比表面积、小尺度效应和量子尺度效应,有更好的应用功能。量子尺寸效应使CdS的能级改变、能隙变宽,吸收和发射光谱向短波方向移动;表面效应引起CdS纳米微粒表面原子输运和构型的变化,同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。纳米粒子的这些尺寸量子化的特点对其催化、光学、电学及非线性光学等性质具有重要影响。
CdS虽然具有以上很多优点,但本身也存在一些缺点。CdS的稳定性很差,直接利用尚有困难,而且光腐蚀很大程度上会影响其实际应用,并且对环境可能产生不良危害。所以选择合适的方法对CdS进行改性处理,既可以有效克服其稳定性差的缺点,又能高效降低甚至消除光腐蚀对其的影响。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
l zns/cds复合半导体光催化剂的制备
l zns/cds复合半导体光催化剂的结构表征(用xrd、sem、tem等进行结构表征)。
4. 研究创新点
CdS与ZnS的晶型相同, Zn2 半径(0.74 )比Cd2 半径(0.97)小, 经过高温焙烧, Zn2 会进入到CdS的晶格内或者其间隙位置, 形成新的导带与禁带, 这种新的能级介于CdS与ZnS之间, 有利于电子的跃迁, 延长了电子一空穴的寿命, 光催化反应活性有了很大提高, 在光催化产氢上有很好的应用前景。我们尝试利用共沉法ZnS/CdS复合半导体,对其探究是否可以有效的提高电荷的分离效率,从而达到提高其光催化性能的目的,进而提高其在可见光下催化降解有机污染物的能力。
