石墨烯镉铟硫纳米复合材料的制备及其光催化性能(3)

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1.4 单一组分光催化剂的局限性

控制催化剂形貌是控制催化剂活性大小的一个重要手段和途径。当光照射在催化剂表面上的时候，催化剂上会产生光生电子和空穴。如果电子和空穴对并没有立即结合，那么催化剂表面的氧结合电子生成氧负离子，而空穴和氢氧根以及水氧化生成氢气。上述的硫化镉虽然具有光催化活性但是其电子空穴分离率很低。而三元的硫化物的生成，理论上可以大大增加光催化活性。但是实际的效果也并不是很理想。因为空穴和电子在催化剂表面的存在时间是很短暂的，甚至可以说是倏忽一逝的。光生电子和空穴的分离以及电子的转移通常还会受到催化剂的晶体缺陷，晶体结构，晶体畸变，结晶性等多种因素[11]的影响。另外催化剂的表面性质：比如表面活性位点、表面能、催化剂的粒径、比表面积、表面形貌[12]等都会或多或少对催化剂性能造成影响。空穴-电子产生之后的发生结合的比例高即复合率高，是光催化剂大规模应用的最主要限制因素。

其次三元硫化物对可见光的吸收能力会大大增强。但是其所能吸收的可见光还是不多的。众所周知太阳光能量最集中的部分还是来自于可见光。地球接收到的太阳光只有1/20的部分是紫外光部分。也就是禁带宽度较宽，带隙能量较高吸收波长较小的光例如紫光，紫外光等。

最后，想要提高光催化剂的光催化活性，就必须尽可能的提高光催化剂的比表面积。使电子空穴对复合的几率减小。因此，通常我们将光催化剂通过特殊的合成方法做成纳米粒子或者粒径级别更小的粒子。这样的颗粒具有粒径小，但是比表面积大，这样大的比表面积大大增加了其光催化活性。但是随之也引入了问题。纳米粒子巨大的比表面积所蕴含的巨大的表面能，使得纳米粒子极易团聚成块。导致其实际的催化活性降低。单一组分的光催化剂，其分散性往往很差，这也是其催化活性低下的一个最主要的原因。所以通过负载、复合等方法，我们往往可以使纳米粒子的分散性提高，从而防止其团聚，进一步提高其光催化活性。本文中正是通过将镉铟硫的纳米粒子均匀生长到层间距很大、分散性能很好的氧化石墨烯表面。从而使其具有了优良的光催化活性。

1.5 石墨烯简介

石墨烯（Graphene）是由碳原子所组成的仅有一层原子厚度的二维晶体。在2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆与康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地从石墨中分离出石墨烯，直接证明它可以单独存在[13]。石墨烯是sp2杂化，呈现层状结构，有蜂窝煤的结构。作为目前发现的强度最大，最薄，导热、导电性能最好的一种新型的纳米材料[14]。石墨烯被称作黑色的黄金，是应用新材料的王者。科学家甚至预言：石墨烯将彻底改变21世纪。它极有可能会掀起一场席卷全球的颠覆性新技术、新产业革命[15]。石墨烯除了优良的电性能之外，二维结构的平面石墨烯由于其极为特殊的二维结构，因此拥有超高的比表面积。巨大的比表面积以及优良的导电性能。使其在光催化领域和电化学领域就有很好的应用。在石墨烯中，每一个碳原子都有一个未成键的p电子，这些晶体的晶格中，P电子可以自由的移动，速度乃至光速的1/100即3×106m/s。赋予了石墨烯良好的导电性能。石墨烯是新一代透明导电材料，透光性好[16]。石墨烯在常温下其电子迁移速率超过15000cm2/V·s，比硅晶体或者纳米碳管都要高，而电阻率却只有约10-6Ω·cm，比铜或银更低，在世界上是电阻率最小的材料[17]。因为其电阻率极低，电子的迁移速度极快，因此在光电领域有很大的发展空间，是国内外研究人员的“万人爱”。