硫化镉光催化材料的光腐蚀抑制及性能增强的研究进展开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

随着工业化和城市化的快速发展，能源的需求急速增长，燃料化石过度消耗，有毒有害的化学污染物大量排放，环境问题日益严重^[1]。面对全球资源短缺的严峻形势，人们迫切希望找到一种可再生的、清洁的、地球上资源丰富的新能源来解决以上提到的能源危机和环境问题^{[2, 3]}。氢气，作为一种可再生的环境友好型新型能源，引起了研究者们的广泛关注^[4]。

氢能源的制取在传统工业上主要使用的方式是通过化石燃料进行天然气重整等工艺^[5]。与这些高耗能的方法相比，通过太阳能驱动光催化水分解制氢的方法具有简单、低成本、环保等特点，为解决世界范围内的能源危机和环境问题提供了有利方案^[6]。自1972年藤岛和本田^[7]首次在pt/tio₂电极上发现了用于制氢的光电化学水分解电池以来，光催化水分解技术就开始受到了研究者们的重视。在众多的光催化水分解制氢的技术中，半导体光催化材料光催化制氢是一项将太阳能转化为化学能并储存的很有前途的技术。

半导体催化剂通过光催化水分解制氢的主要过程^[8]为：（1）半导体催化剂吸收太阳能并产生光生电荷载流子；（2）光生电荷分离并从光生中心向半导体表面扩散，同时光生电荷和空穴发生复合，能量以热能形式耗散；（3）利用电荷载体在光催化剂表面还原或氧化水，分别生成氢气和氧气。半导体材料为实现光催化水分解应该满足以下要求^[5]：（1）带隙结构合适，带隙能量（eg）应大于1.23 ev以覆盖大部分或整个可见光区域；（2）导带（cb）和价带（vb）的位置合适，其中导带的位置应该比还原制氢的电位更负（至少0 ev vs. nhe，ph=0），价带的位置应该比o₂/h₂o的氧化电位更正（1.23 ev vs. nhe，ph=0）以触发水分解；（3）有效的电荷分离；（4）具有良好的化学稳定性、成本低、环境友好等特点。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

硫化镉光催化材料因具有特有的带隙结构在光催化水分解制氢领域得到了广泛应用，但是也因其光腐蚀现象严重和光催化活性较低等特点在大规模生产中受到限制。一般认为，硫化镉在受到光照后极容易发生光腐蚀现象的主要原因是，经光照后产生的光生空穴在硫化镉表面发生了积累^[15]，破坏了光催化材料的结构，导致材光催化活性降低，从而影响催化性能和效率。此外，光生载流子复合率较高、表面活性中心有限等因素也会造成硫化镉材料的光催化活性较低。

因此，拟调研cds在光照下的光腐蚀抑制机理及增强光催化性能的方法；总结光腐蚀抑制的方案及光催化性能增强的研究进展；实现对cds光催化剂的发展前景的概括，并提出仍待解决的问题。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究课题，确定思路，完成开题报告；

第4-7周：调研cds在光照下的光腐蚀抑制思路及其进展；

第8-12周：调研光腐蚀抑制对cds光催化活性的影响；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] cheng l., xiang q., liao y., et al. cds-based photocatalysts[j].energy environmental science, 2018, 11(6): 1362-1391.

[2] xie g., zhang k., guo b., et al. graphene-based materials forhydrogen generation from light-driven water splitting[j]. advanced materials,2013, 25(28): 3820-3839.

[3] sharma s., ghoshal s.k. hydrogen the future transportation fuel:from production to applications[j]. renewable sustainable energy reviews,2015, 43: 1151-1158.