CdS-TiO2纳米复合结构的制备及其光催化机制的研究
光催化反应对环境没有污染，只要有光照，常温常压下就可以自然发生，可以促进其它化学反应的发生。光催化反应可以用于杀菌、净化空气、防霉防藻以及防污自洁;并且具有安全性和持久性。近20多年来，纳米二氧化钛是主流的光催化剂。它具有无毒无污染便宜等优点，但是由于二氧化钛的带隙宽度太大(3.2ev)，特别当它达到纳米级别时，吸收会进一步的蓝移，只能利用紫外线。而太阳光中到达地表的紫外光只有3％～4％。所以效率非常低。由此得出，我们必须开发带隙宽度窄的半导体催化剂，从而更多的利用太阳光。
CdS的禁带宽度是2.5eV，要比TiO2的禁带带度3.2eV窄，在可见光就能够激发。前人研究表明，缺陷的存在有利于CdS光催化性能的提高，但是会导致CdS催化剂发生腐蚀。没有缺陷的CdS不会发生腐蚀，但它的光催化性能不高。所以制备一种化学性质稳定，并且在可见光下催化效率高的催化剂就变得极为迫切。
本论文通过有机密度分离技术实现了不同缺陷的CdS的分离，并通过调节反应气氛，控制了缺陷的生长。发现在氧气条件下有助于缺陷的生成，而氮气条件下不利于缺陷的生长，并在充有氧气和氮气下分别制备出了带有缺陷和不带有缺陷的CdS纳米粒子。我们将不带有缺陷的CdS纳米粒子与TiO2复合，成功制备出了CdS-TiO2复合催化剂，并比较了它们的催化性能。研究表明随着CdS量的增多，复合催化剂的光催化效率明显提高。当比例达到2.0时，催化效率最好，并且优于带有缺陷的CdS。
通过对光催化的比较，我们对带有缺陷CdS、不带有缺陷的CdS以及CdS-TiO2复合催化剂的光催化机理进行分析。研究表明，没有缺陷的CdS主要是通过电子还原氧气产生的羟基自由基发生的光催化反应，有缺陷的CdS是通过空穴氧化水产生的羟基自由基发生的反应，而复合催化剂中是由二者共同控制的。
反相胶束法;硫化镉;二氧化钛;复合催化剂;光催化机理
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王峰
2012
中文
TN304.2;TQ426.82
100
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）