Bi2S3CdS在可见光下催化还原CO2成甲醇的研究.doc

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Bi2S3/CdS在可见光下

光催化还原CO2成甲醇

摘要:以相应的盐类和硫脲为反应原料,通过水热法合成光催化剂Bi2S3CdS和Bi2S3/CdS,并探讨了其在可见光条件下光催化二氧化碳还原成甲醇的性能。结果表明,Bi2S3对可见光的响应程度及其光催化活性都优于CdS,而经过Bi2S3的修饰的CdS对可见光的响应程度及光催化性能都大大提升。在可见光照射下,光催化剂Bi2S3/CdS催化生成的甲醇含量为613μmol/g,并且当CdS修饰15%的Bi2S3时,生成甲醇含量大约为单纯的CdS催化生成甲醇含量的三倍或者Bi2S3的两倍。

关键词:光催化还原多相催化剂CdSBi2S3CO2还原

1引言

光催化还原二氧化碳生成甲醇的研究在过去几十年受到了科学工作者的广泛关注。该工作不仅解决当今全球面临的温室效应等环境问题,而且通过将二氧化碳转化为甲醇甲烷等燃料,有助于缓解我国能源危机[1-9]。

在催化二氧化碳还原生成甲醇方面,二氧化钛一直受到广泛的研究和应用。然而,二氧化钛是一种宽禁带的半导体光催化剂(金红石:303eV,锐钛矿:318eV),它只能吸收太阳辐射中5%的紫外光,这大大限制了它的实际应用[10-14]。

跟其它光催化剂相比,CdS和Bi2S3的带隙更窄,他们的电位要更加的负[15-17],因此,CdS被广泛地应用于光催化还原CO2。1979年,InoueADDINENCITEEndNoteCiteAuthorInoue/AuthorYear1979/YearRecNum50/RecNumDisplayText[1]/DisplayTextrecordrec-number50/rec-numberforeign-keyskeyapp=ENdb-id=v995e9zrnsz9dpefddnvx20grtvavff2s5st50/key/foreign-keysref-typename=JournalArticle17/ref-typecontributorsauthorsauthorInoue,Tooru/authorauthorFujishima,Akira/authorauthorKonishi,Satoshi/authorauthorHonda,Kenichi/author/authors/contributorstitlestitlePhotoelectrocatalyticreductionofcarbondioxideinaqueoussuspensionsofsemiconductorpowders/titlesecondary-titleNature/secondary-title/titlespages637-638/pagesvolume277/volumenumber5698/numberdatesyear1979/year/dateswork-type101038/277637a0/work-typeurlsrelated-urlsurl/url/related-urls/urls/record/Cite/EndNote[1]首次报导在光照下利用各种半导体材料,例如CdS,TiO2,ZnO,GaP,和SiC等将CO2和H2O反应生成HCHO,HCOOH,和CH3OH。Aliwi和Al-Jubori[15]曾经提出通过硫化物,例如Bi2S3CdS光催化还原CO2生成甲醛和甲酸。Yanagida[18]探究出以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂制得的CdS纳米材料由于表面的硫吸附过量的Cd2+,大大提高了其催化活性。Eggins[19]通过含有四甲基胺氯化物的CdS或者ZnS溶胶得到其二聚体或者三聚体。然而,这些光催化剂只应用于紫外催化或者其它反应,对于在可见光下催化CO2生成甲醇并没有相应的报导。

本实验利用Bi2S3修饰CdS,得到的Bi2S3/CdS,在可见光照射下催化二氧化碳和水生成甲醇并分别对光催化剂Bi2S3,CdS和Bi2S3/CdS进行X-射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),紫外可见光谱仪,X射线光电子能谱(XPS)和能谱分析(EDS)表征。此外,还在可见光条件下分别对光催化剂Bi2S3,CdS和Bi2S3/CdS在还原二氧化碳制备甲醇的催化活性进行了探讨。

2实验部分

21光催化剂的制备

实验中所用到的化学试剂都属于分析纯,没有进一步纯化。CdS和Bi2S3的合成方法参考文献Wang[16,20],实验通过将对应的盐类和硫脲混合物于水热反应釜内,在150℃的条件下反应24时,自然冷却至室温,过滤,用蒸馏水洗涤,在50℃条件下真空干燥12h。随后分别将CdS和Bi2S3在400

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