石墨烯镉铟硫纳米复合材料的制备及其光催化性能(2)

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结论 18

致谢 19

参考文献 20

1 引言

1.1 背景介绍

半导体光催化剂大多数属于n型半导体材料，其应用广泛。半导体光催化剂都具有区别相对于金属或绝缘物质特殊的能带结构[1]。存在一个特殊的禁带(ForbiddenBand,BandGap)在价带(ValenceBand,VB)和导带(ConductionBand,CB)中间。因为半导体带隙和光吸收阈值有式K=1240/Eg(eV)的函数关系,因此我们常用的宽带隙半导体即带系能较大的半导体催化剂吸收波长极限值大多对应在紫外区域。当能量很高的光子照射在半导体上，高于半导体的吸收阈值时,半导体的价带电子会在价带间之间“跳动”，发生跃迁,即电子从价带跃迁到导带,从而光生电子(e-)和空穴(h+)就会相应产生[2]。此时，吸附于纳米颗粒表面的溶解氧会形成超氧负离子，这是由于其捕获了电子；另一方面空穴带正电荷，将会吸附在催化剂表面使氢氧根离子和水氧化形成氢氧自由基[3]。而超氧负离子与氢氧自由基的氧化性能极强,能将大多数有机物被氧化成最终产物CO2和H2O,甚至它们对一些无机物也“不放过”，也能彻底分解。

1.2 金属硫化物简介

在众多的可见光催化剂中，金属硫化物由于其较窄的禁带宽度以及相对金属氧化物较负的电极电位而受到广泛的关注。其中，最具代表性的便是硫化镉。硫化镉，晶体类型很多。其中两种：α-式呈现柠檬黄色的粉末，β-式呈现桔红色的粉末[4]。两种晶体都微溶水，溶于酸，而且微溶氨水。酸碱都微溶。可用来制备烟火，玻璃光滑涂层，瓷釉，发光、闪光材料，涂料及颜料。高纯度的硫化镉是良好的半导体材料，对于可见光反应强烈，具有强烈的光电效应，可应用于制备光电子管，太阳能电池。最常用的制取方法是：可以将硫化氢和镉酸盐溶液混合制取。硫化镉（CdS)是一种N型光半导体材料，禁带宽度比较大:751!文~论`文/网www.751com.cn，为2.41eV [5]，其相对介电常数是 11.6。具有优秀光电特性[6]。广泛应用于光和电子之间的转化和催化，光子转化成光子和某些生物材料应用的科技领域。但是CdS自身也存在着致命的缺陷,即CdS成核速率较快，容易团聚成不规则大尺寸的颗粒，形貌不可控，化学稳定性差，需要使用助催化剂等[7]。

1.3 三元金属硫化物

二元硫化物的带隙能较大，并且二元硫化物的在光催化反应中，或者反应后不稳定，非常容易发生光腐蚀使催化剂失活，这就违背了催化剂反应前后数量与质量不变的要求。三元硫化物具有带隙能较小，光催化稳定性能好，反应前后基本不变从而符合催化要求。一般的二元硫化物对于太阳光的吸收仅仅在于紫外区。但是紫外区仅仅占了太阳光总能量的4%[8]，太阳光的能量大部分能量还是集中在可见光区。三元硫化物相对于二元硫化物对于可见光的吸收效率很高，大大增加了光催化效率。广义上来说，三元硫化物属于半导体催化剂。要得到我们所需要的光催化效率，提高光催化活性就必须减小带隙能。一般可用气相沉积在玻璃或者蓝宝石上，或者通过化学喷雾热解法，热壁外延法[9]等制得粉末或者薄膜。而为了增加光催化效率一般需要增加催化剂的比表面积。可以将催化剂做成多孔结构，增加其比表面积。因为物质，粒子，颗粒粒径越小那么其比表面积就会越大。所以很多制备三元硫化物的实验中为了提高效率多采用水热法和溶胶凝胶法。三元硫化物AxBySz理论上来说具有五个可调控的因素A、B即两种可以变的金属元素一般的金属元素A是Cu或者Cd，B一般是In或者Ga一些副族介于金属与非金属之间的金属元素。x，y，z一般需要实验进行测试论文网。调控x，y，z就可以使半导体的带隙能进行调整。元素In的s轨道对于催化剂的带隙的改变起到了决定性的作用[10]。因此可以制备出更高效的光催化分解水或者降解污染物的催化剂。