毕业论文课题相关文献综述

进入21世纪，随着人口的快速增长和经济的飞速发展，全球面临着极大的环境污染和能源短缺危机，而许多环境问题都源于能源的生产利用过程，因此环境污染的控制与治理及新能源的开发与利用成为人们热切关注的话题。开发利用清洁环保能源不仅有利于消除能源危机，而且能够对环境保护起到很大的影响作用。太阳能是一种可再生的清洁能源，其总量很大，具有其它能源所不可比拟的优点，被当今世界认为是化石能源的最佳替代者^[1-3]。与核能相比，太阳能更为安全；与水能、风能相比，太阳能的利用成本比较低，而且不受地理条件的限制。但是太阳能不能直接存储，也难以连续供应，因此，当前对其的大规模利用还很困难。

氢能作为一种高效、清洁、可再生和可运输的能源，越来越受到人们的热切关注。其作为太阳能的有效载体，可以有效解决太阳能存储和运输等问题。目前常用的制氢方法主要有烃类重整制氢、醇类重整制氢、生物质制氢、电解水制氢和太阳能制氢等。自Fijishima和Honda^[4]报道了在n-型半导体TiO₂单晶电极上光致分解水产生H₂和O₂以来，利用半导体进行光催化分解水制氢以其独特的优势引起世界各国科学家的广泛关注。

1. 光催化分解水制氢原理

水是一种非常稳定的化合物，将水分解成H₂和O₂是一个能量增大的非自发反应过程。利用太阳能光催化分解H₂O制氢技术的关键就是获得使H₂O快速分解的具有高催化活性的催化材料。热力学上，完全分解水反应是一个上坡反应，上坡反应在热力学上难于发生，必须有光子提供能量才能进行。所以，标准状况下把1mol水分解为氢气和氧气需要的吉布斯自由能很大，为238kJ/mol。要使水完全分解，就要求半导体的导带电位比氢电极电位稍负(0eV，pH=0)，而价带电位则应比氧电极电位稍正(1.23eV)。理论上半导体禁带宽度应该大于1.23eV就能进行光解水，对应的光波长大约为1000nm，在近红外区，似乎可以利用太阳光谱中的全部光能光催化分解水。但是，由于在光催化剂和水分子之间存在液接电势，所以电子在转移的过程中存在一定的势垒；在分解水的同时也存在着氧气和氢气化合为水的逆反应，所以这就要求半导体的禁带宽度更大一些，在半导体能带匹配的前提下，最合适的禁带宽度为1.8eV。

2. CdS光催化剂的研究进展

硫化镉是本征n型窄带隙半导体，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^[5-10]。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，有更好的应用性能。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，而且其光腐蚀很大程度上会影响其实际应用，并且对环境会产生不良危害。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影响^[11]。

3. 纳米CdS的制备方法

3.1 固相化学反应法