ni基助催化剂cds光催化剂的制备及性能研究(附件)
20世纪以来以煤、石油、天然气为主的化石燃料的开采以及利用极大的推进了世界经济的发展和人类文明的进步。但是化石燃料的燃烧也污染了全球的环境。氢能，被誉为21世纪最具有发展前景的二次能源。利用取之不尽用之不竭的太阳光催化制备氢成为全球的研究重点。在光催化制备氢中主要是利用半导体催化剂的媒介作用把太阳能转化为氢能。本课题主要研究CdS半导体催化制取氢，我们知道CdS的导带电势要高于其质子还原产生氢气的电势，可以借助于光催化制取氢。但是CdS也有一些缺陷第一，CdS光催化产氢的活性较低，因此需要在表面负载贵金属。第二，CdS容易发生光腐蚀。因此本文的主要目标是寻找替代金属Pt的助催化剂提高CdS光催化制取氢的活性。关键词 助催化剂 CdS 光催化产氢
目 录
1引言 1
1.1光催化制取氢气研究进展 1
1.2半导体光催化技术 3
1.3 CdS的简介 5
1.4金属Ni的特性 7
1.5 CdS光催化制取氢气研究进展 8
1.6本实验的研究内容及目的 9
2实验部分 10
2.1实验药品及仪器 10
2.2光催化剂的制备与表征 11
3结果与讨论 14
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1引言
化石燃料的发现和利用极大的推动人类社会的发展和进步，但是随着全球经济的不断完善和发展，同时人类的消费水平也不断上升，导致全球对化石燃料需求的增长。尽管化石燃料推动了世界经济的发展，但是由于化石燃料的大量燃烧也给全球的环境带来了极大的挑战。例如煤炭的大量燃烧和汽车尾气的大量排放给许多地区带了雾霾，并且排放的温室气体加剧了全球气温变暖和酸雨问题。随着社会的快速发展，人类对能源的需求日益增长，能源短缺和环境污染成为21世纪以来面临的最为严峻的考验。为了确保人类的可持续发展，我们必须解决化石燃料带来的问题。 我们可以用新型清洁可再生能源替代化石燃料。 在许多新型可再生能源中，最值得注意的是氢能。 由于氢气具有燃烧热值高，资源丰富，易于保存和运输，燃烧后无污染等优点，已成为替代化石燃料最有前途的新能源载体[1]。
传统的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
制备氢能的方法主要是电解水、天然气重整以及烃类裂解，以上的传统制备氢能的方法和燃烧化石燃料的区别不大，因为它们都是以化石燃料为基础，所以必然会增加不可再生资源的消耗和全球环境污染。 随着人类工业化进程的不断向前进步，化石燃料也必然不断减少，传统的制备氢能的方式并不能解决全球能源危机和全球环境污染难题。 因此，我们必须不断创新和研究利用可再生能源制备氢来取代传统的利用化石燃料制备氢的方式。
我们知道太阳照射到地球上的能量大约是全球所消耗能源的1000倍，所以说太阳能是相当可观的，如果能够把太阳能转换为人类的替代能源，这样就可以极大的缓解全球的能源危机和环境污染。因此如何实现将取之无尽太阳光转换为氢能成为全世界研发氢能的主要方向。利用太阳光光催化制备氢能也是从根本上解决能源短缺危机和全球环境污染问题的理想途径之一。
1.1光催化制备氢的研究进展
上世纪70年代初，几位著名的日本的科学家Honda和Fujishima首次研究发现TiO2可以用来光催化制备氢[2]。从此，TiO2光催化剂成为长久以来光催化研究的热点。科学研究发现将Ti02电极在紫外可见光照射下后，TiO2电极上有氧气释放，同时在铂电极上有氢气释放。在科学小组的进一步研究发现，光照使得半导体TiO2阳极上产生了电子空穴对，且此空穴对具有极高的氧化还原能力。这一发现也论述了Ti02电极反应的原理。同时也揭示了利用太阳能光催化制备氢的可能性，也让人类看到了可以直接把取之无尽用之不竭的太阳能在光催化剂CdS的作用下转化为氢能希望，这将缓解甚至最终解决世界能源危机和全球环境污染。
我们简要介绍一下光催化产氢半导体光催化剂基本原理的 [3]。 如图1所示，充满电子的价带是低能价带（VB），没有电子填充的是高能量导带（CB）。 CB和VB共同组成了半导体光催化剂的能量。 价带和导带之间的能带结构的差别在于价带中充满了电子（e），而导带没有电子，价带和导带称为禁带。半导体的禁带宽度Eg与光吸收阀λg满足一定的函数关系。随着半导体的禁带宽度Eg值越大，其光吸收阀λg值就越小。
TiO2半导体具有光敏性，当半导体暴露在阳光下，其能量大于或等于禁带宽度（hv> Eg）的光的激发时，将其照射到半导体可以激发价带中的电子并过渡到导体。由于电子产生的跃迁，从而在导带上产生了光生电子(e),同时使得价带中留下了空穴(h+)。光生电子空穴的寿命极为短暂，一般只拥有皮秒级的寿命，因此半导体的能带是不连续的，因而半导体上的电荷能够与吸附在半导体表面的物种发生氧化还原反应。然后，光生电子和空穴分别迁移到半导体外表面的不同位置，分别参与光催化水分解的还原反应和氧化反应，同时产生氢气和氧气。具体来讲，半导体的光催化产生氢气主要有以下三步。
（1）当用太阳光照射在半导体上时，入射光子的能量大于半导体自身的带隙能时，在导带上产生电子（e）对和在价带上产生空穴（h+）对。
（2）通过抑制电子（e）对和空穴（h+）对的复合来提高光催化剂的制备氢的效率。因为光生电子（e）对和空穴（h+）会在半导体内部的电场的作用下发生分离，电子对分离后并迁移到半导体光催化剂的表面，同时电子对会发生复合导致内部的能量散发。
（3）电子对（e）和空穴（h+）对会在半导体光催化剂的表面上分别和水发生氧化还原反应生成氧气和氢气，这个过程是利用太阳光光催化制备氢的主要步骤。
虽然利用取之不尽的太阳光制备氢的发展前景很诱人，但是全世界在光催化制备氢的过程中还遇到诸多的难题。
难题一，氧化镍的光谱响应范围相对来说窄。大部分的半导体材料只可以利用紫外光来进行光催化反应，因为这些材料的禁带宽度大都超过3eV，并且同时这些不可见光的波长小于400nm，这部分不可见光大约占太阳光谱的大约5%，同时这一部分不可见光不能被太阳光谱充分利用，其中占更大比例的可见光的波长范围在400nm ~750nm，这一部分不可见光也不能充分利用太阳光谱，由于大多数半导体催化剂的带隙较宽这个因素限制了半导体催化剂的应用。
目 录
1引言 1
1.1光催化制取氢气研究进展 1
1.2半导体光催化技术 3
1.3 CdS的简介 5
1.4金属Ni的特性 7
1.5 CdS光催化制取氢气研究进展 8
1.6本实验的研究内容及目的 9
2实验部分 10
2.1实验药品及仪器 10
2.2光催化剂的制备与表征 11
3结果与讨论 14
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1引言
化石燃料的发现和利用极大的推动人类社会的发展和进步，但是随着全球经济的不断完善和发展，同时人类的消费水平也不断上升，导致全球对化石燃料需求的增长。尽管化石燃料推动了世界经济的发展，但是由于化石燃料的大量燃烧也给全球的环境带来了极大的挑战。例如煤炭的大量燃烧和汽车尾气的大量排放给许多地区带了雾霾，并且排放的温室气体加剧了全球气温变暖和酸雨问题。随着社会的快速发展，人类对能源的需求日益增长，能源短缺和环境污染成为21世纪以来面临的最为严峻的考验。为了确保人类的可持续发展，我们必须解决化石燃料带来的问题。 我们可以用新型清洁可再生能源替代化石燃料。 在许多新型可再生能源中，最值得注意的是氢能。 由于氢气具有燃烧热值高，资源丰富，易于保存和运输，燃烧后无污染等优点，已成为替代化石燃料最有前途的新能源载体[1]。
传统的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
制备氢能的方法主要是电解水、天然气重整以及烃类裂解，以上的传统制备氢能的方法和燃烧化石燃料的区别不大，因为它们都是以化石燃料为基础，所以必然会增加不可再生资源的消耗和全球环境污染。 随着人类工业化进程的不断向前进步，化石燃料也必然不断减少，传统的制备氢能的方式并不能解决全球能源危机和全球环境污染难题。 因此，我们必须不断创新和研究利用可再生能源制备氢来取代传统的利用化石燃料制备氢的方式。
我们知道太阳照射到地球上的能量大约是全球所消耗能源的1000倍，所以说太阳能是相当可观的，如果能够把太阳能转换为人类的替代能源，这样就可以极大的缓解全球的能源危机和环境污染。因此如何实现将取之无尽太阳光转换为氢能成为全世界研发氢能的主要方向。利用太阳光光催化制备氢能也是从根本上解决能源短缺危机和全球环境污染问题的理想途径之一。
1.1光催化制备氢的研究进展
上世纪70年代初，几位著名的日本的科学家Honda和Fujishima首次研究发现TiO2可以用来光催化制备氢[2]。从此，TiO2光催化剂成为长久以来光催化研究的热点。科学研究发现将Ti02电极在紫外可见光照射下后，TiO2电极上有氧气释放，同时在铂电极上有氢气释放。在科学小组的进一步研究发现，光照使得半导体TiO2阳极上产生了电子空穴对，且此空穴对具有极高的氧化还原能力。这一发现也论述了Ti02电极反应的原理。同时也揭示了利用太阳能光催化制备氢的可能性，也让人类看到了可以直接把取之无尽用之不竭的太阳能在光催化剂CdS的作用下转化为氢能希望，这将缓解甚至最终解决世界能源危机和全球环境污染。
我们简要介绍一下光催化产氢半导体光催化剂基本原理的 [3]。 如图1所示，充满电子的价带是低能价带（VB），没有电子填充的是高能量导带（CB）。 CB和VB共同组成了半导体光催化剂的能量。 价带和导带之间的能带结构的差别在于价带中充满了电子（e），而导带没有电子，价带和导带称为禁带。半导体的禁带宽度Eg与光吸收阀λg满足一定的函数关系。随着半导体的禁带宽度Eg值越大，其光吸收阀λg值就越小。
TiO2半导体具有光敏性，当半导体暴露在阳光下，其能量大于或等于禁带宽度（hv> Eg）的光的激发时，将其照射到半导体可以激发价带中的电子并过渡到导体。由于电子产生的跃迁，从而在导带上产生了光生电子(e),同时使得价带中留下了空穴(h+)。光生电子空穴的寿命极为短暂，一般只拥有皮秒级的寿命，因此半导体的能带是不连续的，因而半导体上的电荷能够与吸附在半导体表面的物种发生氧化还原反应。然后，光生电子和空穴分别迁移到半导体外表面的不同位置，分别参与光催化水分解的还原反应和氧化反应，同时产生氢气和氧气。具体来讲，半导体的光催化产生氢气主要有以下三步。
（1）当用太阳光照射在半导体上时，入射光子的能量大于半导体自身的带隙能时，在导带上产生电子（e）对和在价带上产生空穴（h+）对。
（2）通过抑制电子（e）对和空穴（h+）对的复合来提高光催化剂的制备氢的效率。因为光生电子（e）对和空穴（h+）会在半导体内部的电场的作用下发生分离，电子对分离后并迁移到半导体光催化剂的表面，同时电子对会发生复合导致内部的能量散发。
（3）电子对（e）和空穴（h+）对会在半导体光催化剂的表面上分别和水发生氧化还原反应生成氧气和氢气，这个过程是利用太阳光光催化制备氢的主要步骤。
虽然利用取之不尽的太阳光制备氢的发展前景很诱人，但是全世界在光催化制备氢的过程中还遇到诸多的难题。
难题一，氧化镍的光谱响应范围相对来说窄。大部分的半导体材料只可以利用紫外光来进行光催化反应，因为这些材料的禁带宽度大都超过3eV，并且同时这些不可见光的波长小于400nm，这部分不可见光大约占太阳光谱的大约5%，同时这一部分不可见光不能被太阳光谱充分利用，其中占更大比例的可见光的波长范围在400nm ~750nm，这一部分不可见光也不能充分利用太阳光谱，由于大多数半导体催化剂的带隙较宽这个因素限制了半导体催化剂的应用。
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