不同改性方法對硫化鎘的光催化性能的影響

唐新峰　霍原非　劉可凡

摘要：作為窄禁帶半導(dǎo)體材料的硫化鎘，其有著非常接近太陽光譜的能級，在光催化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但純硫化鎘在光催化過程中易發(fā)生空穴與電子的再結(jié)合，降低了光催化效率，因此，眾多學(xué)者深入研究了對硫化鎘的改性方法。本文綜述了復(fù)合寬禁帶半導(dǎo)體、沉積貴金屬、載體負(fù)載、嵌入層狀化合物、二氧化硅外殼包裹等硫化鎘改性方法，并基于這些方法對硫化鎘的改性進行總結(jié)展望。

關(guān)鍵詞：硫化鎘;改性方法;光催化;總結(jié)和展望

如今，太陽能作為有望解決傳統(tǒng)能源諸多弊端的清潔可再生能源備受各界關(guān)注，而光催化領(lǐng)域是太陽能應(yīng)用的一個重要方面，因此對于光催化材料的研究成為當(dāng)下熱門。

硫化鎘是一種窄禁帶半導(dǎo)體材料，當(dāng)受光照射時，易于形成電子空穴對，是一種較好的光催化材料，但純硫化鎘有著空穴電子易于再結(jié)合并且在水溶液中易于發(fā)生光腐蝕的劣勢，因此對硫化鎘進行改性來克服這些劣勢的研究十分重要。

現(xiàn)今有復(fù)合寬禁帶半導(dǎo)體、沉積貴金屬、載體負(fù)載、嵌入層狀化合物、二氧化硅外殼包裹等改性方法，本文便綜述了這些方法，并進行總結(jié)展望。

1復(fù)合寬禁帶半導(dǎo)體

二氧化鈦與硫化鎘的導(dǎo)帶和價帶有著特殊的匹配關(guān)系，這種關(guān)系使得光反應(yīng)中產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到二氧化鈦的導(dǎo)帶，空穴轉(zhuǎn)移到硫化鎘的價帶，有效的阻止了電子與空穴的再復(fù)合，提高了光催化效率。丘永樑等通過水熱法制備了不同比例的CdS/Ti02復(fù)合半導(dǎo)體，其發(fā)現(xiàn)當(dāng)CdS/Ti02比值在1.0-1.5之間光催化降解羅丹明B時，復(fù)合半導(dǎo)體比純硫化鎘的光催化活性高約30%。[1]

2沉積貴金屬

在半導(dǎo)體表面沉積金屬后，半導(dǎo)體材料對光的吸收效果增強，光催化效率提高[2]。而且在光催化過程中產(chǎn)生的電子會被金屬傳導(dǎo)，有效的阻止了電子與空穴的復(fù)合，但當(dāng)沉積的金屬過多時，金屬本身反而變?yōu)榭昭ㄅc光生電子的復(fù)合中心，使得光腐蝕現(xiàn)象變強。楚婷婷在研究Pt金屬納米顆粒的硫化鎘可見光催化反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉑的沉積量達(dá)到1. 25%時產(chǎn)氫效率最高。鉑在此過程中捕獲了光生電子，提高了硫化鎘的穩(wěn)定性。

3載體負(fù)載

將硫化鎘負(fù)載在不同載體上能夠不同程度增大催化劑的比表面積，同時利于電子傳導(dǎo)，有效的阻止電子與空穴的再次結(jié)合，增強了硫化鎘的穩(wěn)定性，還能避免光催化反應(yīng)過程中粒子的凝聚，有效的提高光反應(yīng)效率。Guan[3]等把硫化鎘負(fù)載到ETS-4子篩的孔道內(nèi)，并發(fā)現(xiàn)在以相同反應(yīng)液進行光催化反應(yīng)制氫時，負(fù)載后的硫化鎘產(chǎn)氫速率是純硫化鎘的4.O倍，同時負(fù)載后的硫化鎘在光反應(yīng)中更換頻率比純硫化鎘更低，其穩(wěn)定性更強。

4嵌入層狀化合物

將硫化鎘引入到無機層狀化合物中能夠得到納米復(fù)合材料，在這種結(jié)構(gòu)中光生電子和空穴能夠得到快速的轉(zhuǎn)移，使空穴難以與電子再次結(jié)合，使光腐蝕現(xiàn)象減弱，并提高了光的利用效率。張莉莉等[4]制得H2La2Ti3O10/CdS層狀光催化材料，并進行光催化降解苯胺的實驗，在其所做的與硫化鎘的對比試驗中發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)催化活性優(yōu)于純硫化鎘。

5二氧化硅外殼包裹

在硫化鎘外包裹二氧化硅能達(dá)到一定的物理、化學(xué)隔絕的效果，有效的阻止硫化鎘在水溶液中發(fā)生光腐蝕。肖菱子制得硫化鎘后利用反相微乳液聚合法在硫化鎘外包裹了一層二氧化硅，并發(fā)現(xiàn)二氧化硅使硫化鎘與溶液中的水分子和氧氣隔絕開，很好的抑制了光腐蝕的發(fā)生。[5]

6總結(jié)和展望

在上述對硫化鎘進行改性的方法中，復(fù)合寬禁帶半導(dǎo)體、沉積貴金屬、載體負(fù)載、嵌入層狀化合物，這幾種主要利用提高電子傳導(dǎo)效率，抑制空穴與光生電子的再次結(jié)合，以此減輕光腐蝕現(xiàn)象，增加光催化效率，提高硫化鎘的穩(wěn)定性;而二氧化硅外殼包裹的方法則是阻絕了硫化鎘與氧氣和水的接觸，提高了硫化鎘的穩(wěn)定性。在對貴金屬沉積方法的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)硫化鎘與貴金屬摻雜實驗中缺乏非常直接的證據(jù)明確的證實摻雜的機理[7]。日后應(yīng)對機理方面進行深入研究，完善硫化鎘的改性方法體系。

參考文獻

[1]丘永樑等.水熱法制備CdS/Ti0_2及其光活性[J].化工學(xué)報，2005 （07）：1338-1342.

[2]楚婷婷.貴金屬可控制性沉積及其對CdS可見光分解水產(chǎn)氫的影響[D].河南大學(xué)，2013.

[3]Guoqing Guan， Tetsuya Kida， Katsuki Kusakabe，Kunio Kimura， Eiichi Abe， Akira Yoshida. Photocatalyticactivity of CdS nanoparticles incorporated in titaniumsilicate molecular sieves of ETS-4 and ETS-lO[J].AppliedCatalysis A， General， 2005， 295 （1）.

[4]張莉莉等，層狀光催化材料H_2La_ 2Ti 30 （10）/CdS的制備及其性質(zhì)研究[J].中國稀土學(xué)報，2006（ 02）：168-173.

[5]肖菱子，管秋梅.二氧化硅殼層對CdS：Mn/ZnS量子點的光穩(wěn)定性影響研究[J].電子器件，2015，38 （06）：1219-1223.

[7]徐佼.二氧化鈦、氧化鋅基納米結(jié)構(gòu)薄膜的合成、改性及光催化應(yīng)用研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2012.

作者簡介：

唐新峰（2000.11. 27），男，籍貫：山東省臨沂市，職稱和學(xué)歷：本科生，研究方向或?qū)I(yè)：材料科學(xué)與工程.