超薄骨架有序介孔CdS/NiS的制备及光催化产氢性能

doi:10.7503/cjcu20210035

摘要/Abstract

摘要：

采用有序介孔氧化硅为硬模板, 通过纳米浇筑法制备了由螺旋骨架构建的有序介孔硫化镉(CdS)光催化材料. 该光催化材料具有约5 nm厚的超薄骨架和大的比表面积(238 m²/g), 能有效缩短光催化反应中光生电荷迁移到表面进行反应的距离并同时提供更多的反应活性位点, 从而增强光催化性能. 通过原位化学沉积法将不同量的助催化剂硫化镍(NiS)沉积到有序介孔CdS表面, 得到了一系列超薄骨架有序介孔CdS/NiS复合光催化材料. 可见光照射下的光催化产氢活性测试结果表明, 负载适量NiS的有序介孔CdS具有显著增强的光催化产氢活性(3.84 mmol?h^-1?g^-1), 约为负载相同量NiS的普通商业化CdS材料(0.22 mmol?h^-1?g^-1)的17.5倍.

关键词: 介孔光催化剂, 超薄骨架, 硫化镉, 硫化镍, 产氢

Abstract:

An ordered mesoporous cadmium sulfide（CdS） photocatalyst has been synthesized through the nanocasting method using ordered mesoporous silica as hard template. The resultant ordered mesoporous CdS photocatalyst is constructed with gyroid ultrathin frameworks of ca. 5 nm and possesses a large specific surface area of 238 m²/g， which could efficiently reduce the migration distance of photo-generated charges from bulk to surface in photocatalysis and provide more active sites for photocatalytic reaction， thus resulting an enhanced photocatalytic performance. Furthermore， nickel sulfide as a cocatalyst was loaded on the surface of ordered mesoporous CdS by the in?situ chemical deposition， resulting in a series of ordered mesoporous NiS-loaded CdS nanocomposite photocatalysts. Their photocatalytic performances for H₂ production in water were evalua-ted under visible light irradiation（λ≥420 nm） and a high photocatalytic H₂ evolution rate of 3.84 mmol?h^-1?g^-1 could be reached after loading an optimal amount of NiS， which is 17.5 times that（0.22 mmol?h^-1?g^-1） for commercial CdS after loading the same amount of NiS.

Key words: Mesoporous photocatalyst, Ultrathin framework, CdS, NiS, H₂ production

中图分类号:

O611

TrendMD:

杨晓梅, 吴强, 郭茹, 叶凯波, 薛屏, 王晓中, 赖小勇 . 超薄骨架有序介孔CdS/NiS的制备及光催化产氢性能. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1581.

YANG Xiaomei, WU Qiang, GUO Ru, YE Kaibo, XUE Ping, WANG Xiaozhong, LAI Xiaoyong. Ordered Mesoporous NiS-loaded CdS with Ultrathin Frameworks for Efficient Photocatalytic H₂ Production. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1581.

图/表 7

Fig.1 Low?angle XRD patterns of ordered mesoporous silica KIT?6(a), CdS/KIT?6(b) and ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6(c)

Fig.2 Wide?angle XRD patterns of ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6

Fig.3 Nitrogen adsorption?desorption isotherms of ordered mesoporous silica KIT?6(a), ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6(b) and commercial CdS(c)

Fig.4 Pore size distribution curves of ordered mesoporous silica KIT?6(a) and ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6(b)

Fig.5 TEM image of ordered mesoporous CdS without NiS(A), HRTEM images of ordered mesoporous CdS without(B) and with(C) NiS, HADF STEM image of ordered mesoporous CdS with NiS(D1) and the corresponding elemental maps for Cd, Ni and S(D2—D4)

Fig.6 Time courses of H2 evolvation rates for ordered mesoporous CdS(50 mg) loaded with different amounts of NiSAmounts of NiS/μmol: a. 3; b. 5; c. 20; d. 500. e. commercial CdS(50 mg) loaded with 5 μmol of NiS.

Fig.7 Average H2 evolvation rates for ordered mesoporous CdS(50 mg) loaded with different amounts of NiSAmounts of NiS/μmol: a. 3; b. 5; c. 20; d. 500. e. commercial CdS(50 mg) loaded with 5 μmol of NiS.

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