Na2S和Na2SO3体系中CdS的光催化分解水制氢性能研究开题报告

全文总字数：3398字

1. 研究目的与意义

CdS是一种典型的窄带隙半导体材料，由于其禁带宽度为2.4eV，且其导带电位比氢电极电位EH 稍负，因而能够被可见光激发实现光解水制氢，因此在光催化研究领域一直备受关注。

本课题研究在Na2S和Na2SO3体系中CdS的光催化分解水制氢性能，为利用太阳能光催化分解水制氢提供理论依据。

2. 国内外研究现状分析

1. 可见光催化剂制氢研究现状

面对日益严峻的能源危机，氢能是一种洁净最有前景的替代能源。1972年，日本学者fujishima和honda^[1]发现了tio₂电极能使水分解产生氢气，揭示了利用太阳能分解水制氢的可能性，目前在各种获得氢能的方法中光催化分解水制氢的研究较多。

利用太阳能来进行光催化分解h₂o制氢技术的关键是获得使h₂o快速分解的高催化活性催化材料。分解h₂o制氢气虽然存在着一定热分解阻力，但在光能的作用下，从热力学理论角度考虑，分解1个水分子仅需提供1.23ev的能量，对应~1000nm红外光。实际上1000nm的红外光不能光解水制氢气，说明太阳能光解水制氢反应过程中存在较大的动力学阻力，可以通过特定的催化剂来克服这种阻力实现水的光催化分解。光催化剂受到能量等于或大于其能隙的光辐射后分别产生具有一定的还原能力和氧化能力的电子与空穴，h₂o分子所电离的h 与oh^-分别与电子和空穴反应生成h₂和o₂。但是，并不是所有能被光激发产生电子和空穴的催化剂都能实现水的分解，催化剂的光生电子还原电势必须负于h 还原为h₂的电势，光生空穴的氧化电势必须正于oh^-氧化为o₂的电势。理论上，催化剂能隙大于1.23ev并且光激电子和空穴的还原和氧化电势与水的分解电位匹配即可催化水的分解，由于存在过电位，合适的催化剂能隙应为1.8ev。迄今的研究表明能够满足上述能隙要求的催化剂容易发生光溶解或光腐蚀(如cds等)，并且光量子效率低， 能隙偏大的催化剂只对紫外光有响应，太阳能的利用率较低。因此研究开发新型催化剂，提高光分解水的效率，并将催化剂对太阳光的响应拓展到500nm的可见区(太阳光的主要成分)成为国内外研究的热点和关键。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

本课题拟制备cds粉末，对其结构、光学性能、形貌等进行表征，在na2s和na2so3体系中探讨cds光催化分解水制氢性能。

研究计划：

4. 研究创新点

本课题研究Na2S和Na2SO3体系中CdS的光催化分解水制氢性能，探讨不同的反应温度和牺牲剂的浓度对光催化制氢性能的影响，并进行机理分析，为利用太阳能光催化分解水制氢提供理论依据。