研究目的
通过引入具有电子传输和空穴阻挡双重功能的TiO2介质来提升Pt/CdS光催化剂的光催化产氢性能,旨在抑制Pt活性位点上电子-空穴对的复合。
研究成果
在Pt-TiO2/CdS光催化剂中引入TiO2作为双功能介质,通过促进电子转移和抑制空穴复合显著提升了产氢性能,其中Pt-TiO2/CdS(8%)的产氢速率达到294.2微摩尔/小时,是Pt/CdS的3.2倍。该方法为设计高效光催化剂提供了新策略,在能源与环境应用方面具有重要启示,未来工作可着眼于优化介质材料及探索非贵金属替代方案。
研究不足
该研究聚焦于实验室可控条件下特定的二氧化钛(TiO?)与硫化镉(CdS)复合体系,但未深入探讨其实际环境中的规?;τ眉俺て谖榷ㄐ?。贵金属铂(Pt)的使用可能影响成本效益,且该机制依赖于理想的电荷转移过程,这一过程可能受到界面缺陷或环境因素的干扰。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过煅烧和光沉积法合成Pt-TiO2/CdS光催化剂,在TiO2与CdS间构建强耦合界面,再采用可见光诱导沉积法实现Pt在TiO2表面的定向负载。设计原理是利用TiO2作为电子传输和空穴阻挡层以提升电荷分离与转移效率。
2:样本选择与数据来源:
样本包括裸CdS、Pt/CdS、不同TiO2含量(3%、5%、8%、10%wt)的TiO2/CdS以及Pt-TiO2/CdS复合材料。CdS通过Cd(NO3)2与Na2S溶液沉淀法合成,TiO2经浸渍和煅烧添加。数据来源于表征测试与光催化实验的实测结果。
3:3%、5%、8%、10%wt)的TiO2/CdS以及Pt-TiO2/CdS复合材料。CdS通过Cd(NO3)2与Na2S溶液沉淀法合成,TiO2经浸渍和煅烧添加。数据来源于表征测试与光催化实验的实测结果。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备:JSM-7500场发射扫描电镜(JEOL)、JEM-2100F透射电镜(JEOL)、旋转阳极高功率X射线衍射仪(日本)、Thermo Fisher EscaLab 250Xi XPS系统、岛津UV-2450紫外-可见漫反射光谱仪、350W氙弧灯配紫外截止滤光片(λ≥420nm)、GC-2014C气相色谱仪(日本)、CHI660E电化学工作站、420nm LED(3W)。材料:Cd(NO3)2、Na2S、TiO2纳米颗粒、H2PtCl6、Na2S/Na2SO3溶液、Nafion-乙醇溶液(D-520,1%wt)、FTO玻璃、铂丝、Ag/AgCl电极、BaSO4参比电极。
4:Na2S、TiO2纳米颗粒、H2PtClNa2S/Na2SO3溶液、Nafion-乙醇溶液(D-520,1%wt)、FTO玻璃、铂丝、Ag/AgCl电极、BaSO4参比电极。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:TiO2/CdS合成:将TiO2与Cd(NO3)2溶液混合,加入Na2S溶液,搅拌、陈化、洗涤、干燥后于823K氮气氛围煅烧。Pt-TiO2/CdS合成:通过可见光诱导PtCl6^2-离子光还原在TiO2/CdS上沉积Pt。光催化产氢:将光催化剂加入含H2PtCl6的Na2S/Na2SO3溶液,氮气吹扫后可见光照射,气相色谱测定氢气产量。光电化学测试:光催化剂涂覆于FTO玻璃制工作电极,以铂丝对电极和Ag/AgCl参比电极构建Na2SO4电解液体系,在420nm LED氮气环境下测量I-T曲线和EIS。
5:数据分析方法:
形貌结构通过FESEM、TEM、XRD分析;化学状态由XPS确定;光吸收用紫外-可见漫反射光谱测定;光催化活性通过产氢速率评估;电荷转移效率通过光电流密度(I-T曲线)和电化学阻抗谱(EIS)评价。
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Field Emission Scanning Electron Microscope
JSM-7500
JEOL
To observe the morphology and structure of samples, including TiO2, CdS, and their composites.
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Transmission Electron Microscope
JEM-2100F
JEOL
To analyze the microstructure and confirm the deposition of Pt nanoparticles on TiO2/CdS composites.
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X-ray Photoelectron Spectroscopy System
EscaLab 250Xi
Thermo Fisher
To analyze the chemical states and composition of elements in the photocatalysts, including Cd, S, Ti, and O.
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UV-vis Spectrophotometer
UV-2450
Shimadzu
To measure the light absorption properties and band gaps of the photocatalysts using BaSO4 as a reference.
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X-ray Diffractometer
Rotation Anode High Power X-ray Diffractometer
Japan (manufacturer not specified)
To determine the crystal phase and structure of samples, such as hexagonal CdS and anatase TiO2.
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Xenon Arc Lamp
350-W with UV cutoff filter (λ ≥ 420 nm)
Not specified
To provide visible light irradiation for photocatalytic hydrogen-generation experiments.
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Gas Chromatograph
GC-2014C
Japan (manufacturer not specified)
To measure the amount of hydrogen gas produced during photocatalytic reactions.
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Electrochemical Workstation
CHI660E
Not specified
To perform photoelectrochemical tests, including I-T curves and EIS measurements, to evaluate charge transfer efficiency.
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LED Light Source
420-nm LED (3-W)
Not specified
To provide monochromatic visible light irradiation for photoelectrochemical tests.
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Nafion Solution
D-520
Not specified
Used as a binder in the preparation of working electrodes for photoelectrochemical tests.
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