毕业论文课题相关文献综述

随着人类社会的不断发展，化石燃料燃烧所引起的环境污染以及化石燃料的过度开采所引发的能源危机问题逐渐引起各国的普遍关注。为了缓解环境污染和能源危机的双重压力，各国在新能源的开发方面给予极大的关注。跟其他新能源相比，氢能具有能量密度高、清洁、可再生等优势，被作为理想的新能源载体。

目前制备氢气的方法很多。1972年Fujishima和Honda^[1]发现在二氧化钛电极上光解水可以得到氢气，为人们提供了一种将太阳能转换为氢能的新思路。由于光催化技术具有操作简单、能耗低、无二次污染等优势^[2]，所以，从能源和环境的角度来说，太阳能光催化分解水制氢是太阳能制氢的最佳途径之一。

目前利用光解水制氢的光催化剂种类有：TiO₂及钛酸盐光催化剂、CdS类光催化剂、铌酸盐光催化剂、钽酸盐光催化剂、钒酸盐光催化剂、钨酸盐光催化剂等，其中对可见光敏感的半导体CdS光催化剂备受关注，但CdS存在光稳定差、易发生光腐蚀、光催化产氢速率低等缺陷。因此，如何提高CdS光催化剂的光催化分解水产氢效率是目前光催化分解水产氢领域的研究热点之一^[3-6]。

1. 半导体光催化剂的光催化原理

半导体是否能作为光催化剂材料，是由其能带结构所决定的。根据固体能带理论，半导体的能带是不连续的，其充满电子的低能价带(VB)和空的高能导带(CB)之间存在着一个禁带，价带和导带的能量差称为禁带宽度或带隙(Eg)。当用能量等于或大于禁带宽度(Eg)的光照射半导体时，其价带上的部分电子就会被激发跃迁到导带，从而可以在半导体内部的导带和价带分别形成光生电子和光生空穴^[7]。在电场的作用下，电子和空穴发生分离，迁移到离子表面的不同位置。它们在电场的作用下或者通过扩散进行运动，从而与吸附在表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷所捕获，也可能直接复合。生成的光生电子和空穴会经历多个变化途径，主要是复合和输运和捕获两个竞争的过程。

半导体光催化反应主要步骤包括：(1)受光子激发后产生载流子，即电子和空穴；(2)载流子之间复合，以热或光的形式释放能量；(3)价带空穴诱发氧化反应；(4)导带电子引发还原反应；(5)进一步的热反应或催化反应(如水解)；(6)捕获导带电子；(7)捕获价带空穴。由于光生空穴呈正电性，极易捕获电子而复原，故呈现出强氧化性，可夺取吸附在半导体颗粒表面的物质的电子，使表面物质被氧化；光生电子呈负电性，所以表现出高还原性，因此光激发后半导体产生了氧化/还原电对。电子-空穴对向半导体表面的迁移过程中与催化剂表面吸附的有机、无机物或溶剂发生电荷转移。

2. CdS半导体光催化剂的制备方法

制备纳米CdS的方法很多，主要有：沉淀法，水热法，溶胶-凝胶法等^[8-11]。

2.1 沉淀法

沉淀法是通过控制一定的条件如溶液的浓度、酸度、温度对纳米CdS的影响，还可以借助表面活性剂等防止纳米颗粒长大和团聚的作用，从而获得均匀分散稳定的纳米颗粒。刘辉等以CdCl₂和CH₃CSNH₂为原料，采用六偏磷酸钠溶液作为稳定剂，制得粒径大小分布均匀的CdS纳米粒子，测试结果表明，CdS溶胶粒径平均为563 nm。苏凌浩等采用脲酶诱发均匀沉淀法制备CdS纳米微粒。XRD表征显示所制备的产物为立方相晶型CdS，平均粒径为9 nm。俞英等采用分步修饰沉淀法，以3-巯基丙酸为修饰剂，水相合成了具有发光效率高，光稳定性强等优良特性的CdSe₂/CdS核壳纳米晶，其粒径约为4 nm。

2.2 水热法

利用水热或溶剂热合成法可以制备出细小的CdS微晶，而且在水热晶化过程中可以有效地防止硫化镉颗粒的氧化现象。徐铸德等采用水热法技术，以CdCl₂5H₂O和(NH₄)₂S为原料，于180℃下恒温反应48h，制备了CdS纳米棒^[12]。