《金屬硫化物的微波水熱製備及可見光制氫活性研究》是依託武漢理工大學，由張軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：金屬硫化物的微波水熱製備及可見光制氫活性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張軍
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高活性光催化材料的製備是光催化領域的前沿和熱點之一。本項目提出採用微波水熱離子交換方法製備可被可見光激活的高活性多元金屬硫化物產氫光催化材料，研究實驗條件對多元金屬硫化物形貌、微結構和光催化活性的影響規律；比較傳統水熱方法和微波水熱方法所製備樣品的形貌、微結構和光催化產氫活性之間的差異。微波水熱方法的優點在於：微波加熱速率快、均勻、能夠在短時間、低溫下合成粒度細和分布均勻的光催化材料，有利於解決光催化材料晶化與比表面積之間的矛盾，避免晶粒的局部異常長大；微波加熱的熱慣性小，關閉電源後，試樣即可快速降溫，有利於單分散顆粒的形成；熱能利用效率高，可大大節約能量，達到節能減排的目的。我們已經採用微波水熱離子交換方法製備了Zn1-xCuxS多孔納米片，並顯示出高的產氫活性，充分證明了該研究工作構想的可行性。本研究將豐富多元金屬硫化物光催化材料的製備方法和科學，促進其在光催化產氫中的套用。
結題摘要
本項目圍繞金屬硫化物的可控合成，研究其可見光光催化產氫性能，並深入探討了可見光產氫活性機理。通過三年的研究工作，已取得良好的研究進展。項目期間共發表SCI論文8篇，大部分發表在影響因子(2014年公布的SCI影響因子)大於3的國際刊物上，2篇文章發表在影響因子超過10的國際著名刊物上(Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1301925; Nano Lett. 2012, 12, 4584.)。其中發表在Nano Lett.上的研究論文目前已被SCI他引150餘次，被ISI評為近10年高引頻論文。項目期間積極參加國內外的交流與合作，參加國際會議2次，國內會議4次，並前往澳大利亞阿德萊德大學進行訪問學習一年。此外，項目期間還參與培養了3位博士研究生和2位碩士研究生。主要研究內容和成果包括： （1）通過簡單共沉澱-水熱方法製備的還原氧化石墨烯(RGO)-ZnxCd1-xS納米複合材料，在無需貴金屬負載的情況下具有優異的太陽光光催化分解水產氫性能。這個工作不僅展示了一種綠色、簡單的方法來製備高光催化產氫活性的RGO-ZnxCd1-xS複合物，同時也進一步證明了RGO是一種高效的助催化劑能在光催化產氫中替代貴金屬Pt的作用。 （2）通過簡單的兩步水熱法製備了新型的NiS納米顆粒修飾CdS納米棒p-n結光催化材料。無需貴金屬Pt的負載，製備的樣品表現出優異的可見光光催化產氫性能以及良好的穩定性。這個工作揭示了低廉的NiS納米顆粒在光催化產氫中取代貴金屬Pt的可能，還為今後設計和製備其它新型的p-n結光催化材料提供了新的思路。 （3）通過共沉澱和離子交換微波水熱的方法分別製備了相同組成的體相和表面修飾的Cu-Zn1-xCdxS；研究發現通過表面修飾方法得到的樣品具有更高的光催化產氫活性。Cu2+離子的表面修飾不僅能帶來新的電子激發途徑（界面電荷轉移），同時產生了表面產氫活性位，極大地抑制了光生電子和空穴的複合。 （4）通過水熱的方法製備了三元NiS/ZnxCd1-xS/RGO納米複合材料，得到的三元複合材料在模擬太陽光下表現出十分優異的光催化分解水產氫性能。這個體系最主要的特點是在ZnxCd1-xS本體光催化材料中同時引入非貴金屬的RGO和NiS作為還原和氧化助催化劑。因此，光生電子和空穴得到了有效的空間分離，極大的促進了光催化分解水產氫性能。
