MoS2CdS纳米复合材料的制备及可见光下光催化析氢性能研究的中期报告.docx

MoS2CdS纳米复合材料的制备及可见光下光催化析氢性能研究的中期报告
摘要：
本文以硫化钼和硫化镉为原料，采用水热法制备了MoS2CdS纳米复合材料。通过扫描电镜、X射线衍射和紫外-可见-近红外光谱等多种分析方法对所制备的纳米复合材料进行了表征。并且研究了该纳米复合材料在可见光照射下光催化产氢的性能。结果表明，所制备的MoS2CdS纳米复合材料具有较好的光催化产氢性能。
关键词：MoS2CdS纳米复合材料；制备；光催化产氢性能；可见光
引言：
随着经济的发展和人口的增加，能源的需求也越来越大，同时能源的消耗也带来了环境问题。因此，开发清洁能源成为当前的重要任务之一。太阳能在所有清洁能源中占有重要的地位，其可以转化为电能和化学能，并且可再生并且不会造成环境污染。因此，研究太阳能的利用方式具有十分重要的意义。
太阳能光催化水分解产氢是一种非常理想的能源利用方式。然而，传统的光催化材料中大多数只能在紫外光照射下产生光催化反应，因此制约了光催化水分解的应用。因此研究可在可见光照射下产生光催化反应的催化剂具有重要的实际意义。MoS2和CdS是两种常用的光催化材料。MoS2是一种二维纳米材料，具有大的表面积和高光折射率，因此具有良好的光吸收性能；而CdS是一种半导体材料，具有良好的光催化水分解性能。因此将它们两者结合能够得到具有良好的催化性能的复合材料。
实验：
材料和仪器
硫化钼(MoS2)和硫化镉(CdS)，氢氧化钠(NaOH)，硝酸氢钠(HNO3)，乙二醇与水。
实验仪器：电子天平(SartoriusCubis)，红外光谱仪(NicoletiS10)，X射线衍射仪(RigakuD/Max2550)，扫描电子显微镜(HitachiSU8010)，紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIRspectrophotometer)。
制备方法：
硫化钼和硫化镉按照一定的比例进行混合，并将溶液调整为10mM，然后将电子天平上的指定质量的混合物加入含有1.6g/L氢氧化钠的水中,添加过量的乙二醇，搅拌至完全溶解。将溶液转移到Teflon印模中，经水热处理后，洗涤，离心，干燥得到产品。
结果与讨论：
本文所制备的MoS2CdS纳米复合材料的形貌和结构通过SEM和XRD进行表征，结果如图1所示。从图1a可以看到，纳米复合材料的形态呈现出典型的片状结构，而从图1b可以看出复合材料的晶体结构为MoS2和CdS的混合结构。
图1MoS2CdS纳米复合材料的SEM图像(a)和XRD图谱(b)
通过紫外-可见-近红外光谱测试MoS2CdS纳米复合材料的吸收性能，结果如图2所示。由图2可以看出，在可见光的波长范围内，该复合材料具有较高的吸收率，说明MoS2CdS纳米复合材料具有良好的光吸收性能。
图2MoS2CdS纳米复合材料的紫外-可见-近红外光谱图
最后研究了MoS2CdS纳米复合材料的光催化产氢性能。通过在可见光照射下同时催化H2O和Na2S的反应，通过气相色谱仪检测产氢率。结果如图3所示，可见光照射下3h后，H2产生速率为100μmol·g-1的纳米复合材料产氢性能较好。
图3MoS2CdS纳米复合材料的光催化产氢性能
结论：
本实验成功利用水热法合成了MoS2CdS纳米复合材料，并对其进行了表征，从SEM和XRD的结果中可以看出，该纳米复合材料具有层状结构和较好的晶体结构。从紫外-可见-近红外光谱分析表明，MoS2CdS纳米复合材料具有良好的光吸收性能，从光催化产氢实验结果表明，该复合材料在可见光照射下催化产氢效果很好。因此，MoS2CdS纳米复合材料具有广阔的应用前景。