CdS形貌可控制备及其可见光分解水产氢性能

以还原型谷胱甘肽(GSH)作为硫源和结构导向剂水热法“一壶”制备系列硫化镉(CdS)光催化材料,采用透射电镜(HRTEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见漫反射(UV-Vis)、荧光光谱(PL)、比表面分析仪(BET)和光解水产氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及光催化性能进行了研究。结果表明:通过调节反应物的nCd/nS比和水热温度等参数可控的制备出分散性好的CdS实心纳米球(s-CdS)、空心纳米球(h-CdS)以及纳米棒(r-CdS)等不同微观形貌的光催化材料。对比研究了不同形貌光催化剂的光解水产氢的宏观性能,发现s-CdS产氢活性最高,h-Cd次之,r-CdS最差。这一结果可归结于构成实心球表面亚微晶的粒径相比其它形貌的小,导致电子-空穴对快速迁移至表面并与溶液反应,抑制体相复合,导致生成的氢气量大大的提高。     

TiO_2(B)纳米带光催化剂的制备及分解水产氢性能

经过钛酸四丁酯强碱溶液中水解→水热→质子交换→焙烧路线制备出Ti O2(B)纳米带.采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、BET和光解水产氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及光催化性能进行了研究.结果表明:该路线制备的Ti O2(B)纳米带反应条件温和,便于大批量合成.通过改变实验参数实现晶型结构和微观形貌的调变,且不同晶型结构和微观形貌的材料进行光催化分解水产氢活性对比,它们的活性顺序为:NaxH2-xTi3O7·n H2纳米管Ti O2(B)Ti O2(anatase)Na2Ti6O13,表明Ti O2(B)纳米带是一类较好的光催化分解水制氢半导体材料.提出了Ti O2(B)纳米带的可能经历了Na2Ti3O7→H2Ti3O7→H2Ti6O13→H2Ti12O25→Ti O2(B)的形成过程.     

一锅水热法制备柳枝状MoS2/CdS异质结材料及其可见光催化产氢性能

自从1972年Fujishima和Honda发现TiO_2光电催化分解水产氢以来,半导体光催化分解水产氢技术被认为是解决能源危机和环境污染问题最有效的策略之一.然而,由于TiO_2的可见光吸收能力差、活性低、价格高等问题限制了其实际应用,因此寻求和发展高效的可见光催化剂具有重要意义.CdS半导体材料具有合适的带隙及导带位置,可以有效吸收可见光产生电子并将H~+还原生成H_2,是目前公认的较好的可见光催化产氢材料之一.然而光催化过程中Cd S材料较快的电子-空穴复合速度极大降低了其效率,如何促进光催化过程中电子-空穴对的分离成为研究重点.研究表明,采用负载助催化剂、构筑异质结、表面修饰、金属/非金属元素掺杂等技术可明显提高Cd S的光催化产氢性能,其中发展非贵金属助催化剂引起了广泛兴趣.近年有文献报道过渡金属硫化合物Mo S2用于光催化助催化剂,可以明显提高光催化性能.目前已制备出具有不同形貌的MoS_2/Cd S异质材料如纳米球、纳米棒、纳米纤维等,但多数Mo S2/CdS异质材料的制备采用两步法或多步法,制备工艺复杂,易引入杂质,阻碍了其实际应用.因此,发展简单温和的一步法制备具有新颖形貌的MoS_2/Cd S异质材料具有重要意义.本文采用简单的一步水热法制备了一种新颖的柳枝状MoS_2/Cd S异质材料.采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射吸收光谱和氮气吸附-脱附测试对所得样品进行了表征.结果表明,制备的柳枝状MoS_2/CdS异质材料具有核壳结构,两者之间形成紧密的异质结.光催化性能测试表明,制备的MoS_2/Cd S异质材料相比纯相Cd S产氢性能明显提高,优化后的MoS_2/Cd S异质材料(MoS_2/CdS摩尔比为5:100)的产氢性能是纯Cd S的28倍.通过紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱分析、光电流、EIS阻抗谱及莫特肖特基曲线测试发现, CdS与MoS_2之间致密的异质核壳结构有助于光生载流子的迁移与分离,从而明显提高光催化活性.     

超薄骨架有序介孔CdS/NiS的制备及光催化产氢性能（英文）

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 m~2/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.     

核壳结构CdS/ZnS微米球表面处理与光催化制氢性能的关系

具有高活性和稳定性的半导体光催化材料是太阳能光催化制氢领域的研究热点,其中CdS胶体颗粒催化剂因其合适的禁带宽度和带边位置以及较低的原料价格而广受关注.但它在水溶液中不稳定,易受光腐蚀,因而限制了其应用.目前人们致力于用各种方法提高其稳定性,包括各种纳米结构的应用、复合其他催化剂材料以及不同晶相结构复合.ZnS是一种宽禁宽半导体,禁带宽度为3.6 eV,常被用来与CdS形成固溶体调控其能带结构,从而提高其性能和稳定性.其中核壳结构CdS/ZnS异质结具有骑跨型(I型)能带结构,具有特殊的光学和电学性质,在量子点LED和量子点生物荧光显示剂方面获得关注和应用,同时也显示了良好的光催化性能.研究人员对核壳结构CdS/ZnS异质结材料中ZnS壳层厚度对其光学性能包括荧光效率等的影响进行了研究,然而ZnS壳层厚度、颗粒尺寸及其表面处理对光催化性能影响方面的报道很少.本文发展了一种简易的两步法,制备了核壳结构CdS/ZnS微米球光催化剂.首先采用超声喷雾热分解法制备CdS微米球,然后以水浴法在CdS微米球上生长ZnS壳层.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和透射电镜(TEM)对所得样品进行了表征.SEM和TEM结果显示,所得微米球为完整包裹的球形核壳结构;XRD表征证实CdS核与ZnS壳层皆为六角相晶型;光催化性能表征结果显示,该样品的光催化制氢性能远高于单独的CdS微米球以及同法所制的ZnS微米球.通过改变前驱液浓度(Zn源浓度分别为0.2,0.3和0.5 mol/L)获得了三种不同厚度的核壳结构CdS/ZnS微米球,X射线荧光光谱结果证实了其壳层厚度成功调控.UV-vis结果发现,其吸收边由内核CdS决定,受壳层厚度的影响不大.光致荧光发射光谱分析发现,随着壳层厚度的增加,其540 nm处的CdS带边发射峰强度逐渐增大.这可能是由于ZnS壳层对CdS表面缺陷的钝化作用降低了其非辐射复合过程,从而提高了荧光发光效率.光催化制氢性能结果表明,前驱液浓度为0.3 mol/L时合成的核壳结构CdS/ZnS微米球的产氢效率最高.为了进一步提高其光催化效率,采用氮气中高温热处理、水热二次硫化法以及两者共用三种方式对性能最优的微米球进行改性,获得了三种核壳结构CdS/ZnS样品.结果发现,这些改性方法未影响其吸收边,但水热二次硫化法处理以及两者共用处理的样品在540 nm处的光致荧光发射峰强度明显高于未处理的和高温热处理的样品,证实水热二次硫化法处理可以有效地消除其表面缺陷,减少非辐射复合.XRD结果表明其晶型没有发生变化.TEM表征发现,经高温热处理后其壳层发生重结晶,形成颗粒包裹形貌,而经水热二次硫化法处理后其壳层同样发生重结晶,但包裹颗粒的尺寸明显更小.光催化性能测试表明,处理后样品的光催化性能皆优于未处理样品,其中两者共用法处理的样品产氢性能和稳定性最高.     

簇形和花形CdS纳米结构的自组装及光催化性能

通过可控溶剂热法, 利用乙二胺作为模板制备出簇形和花形硫化镉(CdS)纳米结构. 通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)观测其形貌和结构特征. XRD谱线显示, 簇形CdS为六方晶体结构, 而花形CdS纳米结构则为立方晶体. 实验结果表明, 整个自组装过程是由成核以及成核竞争引起的不同生长过程所组成的, 并且乙二胺的模板功能起了重要的作用. 通过不同时间和温度的实验, 深入探讨了簇形和花形CdS纳米结构的自组装机理. 室温光致发光谱(PL)显示这两种纳米结构在433 nm和565 nm附近有较强的发射峰, 分别对应激子发射和表面缺陷发光. 通过Brunauer-Emmett-Teller (BET)方法测试其比表面积. 研究了高压汞灯照射下, 簇形和花形CdS纳米结构在甲基橙(MeO)溶液中的光催化性能. 结果显示, 由于其较大的比表面积, 花形CdS纳米结构的光催化性能要远优于其它CdS材料.     

超薄骨架有序介孔CdS/NiS的制备及光催化产氢性能

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.     

核壳结构CdS/ZnS微米球表面处理与光催化制氢性能的关系（英文）

具有高活性和稳定性的半导体光催化材料是太阳能光催化制氢领域的研究热点,其中CdS胶体颗粒催化剂因其合适的禁带宽度和带边位置以及较低的原料价格而广受关注.但它在水溶液中不稳定,易受光腐蚀,因而限制了其应用.目前人们致力于用各种方法提高其稳定性,包括各种纳米结构的应用、复合其他催化剂材料以及不同晶相结构复合.ZnS是一种宽禁宽半导体,禁带宽度为3.6 eV,常被用来与CdS形成固溶体调控其能带结构,从而提高其性能和稳定性.其中核壳结构CdS/ZnS异质结具有骑跨型(I型)能带结构,具有特殊的光学和电学性质,在量子点LED和量子点生物荧光显示剂方面获得关注和应用,同时也显示了良好的光催化性能.研究人员对核壳结构CdS/ZnS异质结材料中ZnS壳层厚度对其光学性能包括荧光效率等的影响进行了研究,然而ZnS壳层厚度、颗粒尺寸及其表面处理对光催化性能影响方面的报道很少.本文发展了一种简易的两步法,制备了核壳结构CdS/ZnS微米球光催化剂.首先采用超声喷雾热分解法制备CdS微米球,然后以水浴法在CdS微米球上生长ZnS壳层.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和透射电镜(TEM)对所得样品进行了表征.SEM和TEM结果显示,所得微米球为完整包裹的球形核壳结构;XRD表征证实CdS核与ZnS壳层皆为六角相晶型;光催化性能表征结果显示,该样品的光催化制氢性能远高于单独的CdS微米球以及同法所制的ZnS微米球.通过改变前驱液浓度(Zn源浓度分别为0.2,0.3和0.5 mol/L)获得了三种不同厚度的核壳结构CdS/ZnS微米球,X射线荧光光谱结果证实了其壳层厚度成功调控.UV-vis结果发现,其吸收边由内核CdS决定,受壳层厚度的影响不大.光致荧光发射光谱分析发现,随着壳层厚度的增加,其540 nm处的CdS带边发射峰强度逐渐增大.这可能是由于ZnS壳层对CdS表面缺陷的钝化作用降低了其非辐射复合过程,从而提高了荧光发光效率.光催化制氢性能结果表明,前驱液浓度为0.3 mol/L时合成的核壳结构CdS/ZnS微米球的产氢效率最高.为了进一步提高其光催化效率,采用氮气中高温热处理、水热二次硫化法以及两者共用三种方式对性能最优的微米球进行改性,获得了三种核壳结构CdS/ZnS样品.结果发现,这些改性方法未影响其吸收边,但水热二次硫化法处理以及两者共用处理的样品在540 nm处的光致荧光发射峰强度明显高于未处理的和高温热处理的样品,证实水热二次硫化法处理可以有效地消除其表面缺陷,减少非辐射复合.XRD结果表明其晶型没有发生变化.TEM表征发现,经高温热处理后其壳层发生重结晶,形成颗粒包裹形貌,而经水热二次硫化法处理后其壳层同样发生重结晶,但包裹颗粒的尺寸明显更小.光催化性能测试表明,处理后样品的光催化性能皆优于未处理样品,其中两者共用法处理的样品产氢性能和稳定性最高.     

超声驱动制备Au/CdS催化剂及其高效光催化产氢北大核心CSCD

以HAuCl_(4)为前驱体,采用一种简单、快速的超声驱动法,在甲醇溶液中形成Au纳米粒子并沉积在CdS基底上合成Au/CdS,用于光催化分解水产氢.结果表明:当沉积Au的含量达到1.0%(质量分数)时,Au/CdS的产氢活性显著增强,可达到6.7 mmol·g^(-1) ·h^(-1) ,是纯CdS的21.6倍.超声驱动可在甲醇溶液中有效将前驱体(HAuCl_(4))中的Au3+还原为Au纳米粒子,并与CdS表面紧密作用,提高了光生电荷的分离效率,实现了高效光催化产氢.有关结果为快速、有效制备光催化产氢性能较好的金属/半导体催化剂提供了新的方法.     

2D-2D CdS/Cu7S4层状异质结高效可见光光催化产氢（英文）

利用太阳能将水转化为清洁可持续的化学燃料是一种很有前途的策略.光催化水分解制氢技术是有效解决能源可持续发展和环境保护问题的重要技术.CdS由于具有较窄的带隙(2.4 eV)和合适的能带位置而被认为是最有潜力的光催化水产氢催化剂之一.然而,CdS强光的腐蚀性和快速的电子空穴复合导致光催化剂活性低、稳定性差,严重阻碍了CdS光催化剂的广泛应用.为了有效提高光催化产氢活性及稳定性,人们对CdS光催化剂进行了大量改性研究.其中,合理巧妙地加载助催化剂和构造纳米结构CdS被认为是两种极为重要的改性策略,两种策略的有效耦合可以更有效地利用太阳能,实现清洁氢燃料的生成.一方面,各种形貌的CdS光催化剂均已被开发,例如纳米线、纳米棒、纳米片和量子点等.然而,由于制备工艺复杂,在以往的报道中很少有超薄2D CdS纳米片用于光催化产氢.另一方面,由于贵金属(Ag,Pt,Au)的稀缺性和高成本阻碍了其修饰光催化剂的实际应用,所以利用非贵金属助催化剂(MoSx,CuS,Ni3C,WS2,NiS,MXene,CoxP和MoP)修饰CdS提高光催化产氢活性近年来备受关注.对于地球丰富的2D层状助催化剂Cu7S4而言,具有优异的光电催化产氢活性和简单制备方法,但是在光催化产氢领域的应用上未引起足够重视.因此,本文充分利用超薄CdS纳米片以及Cu7S4纳米片各自的独特优势,构建了独特的2D-2D层状异质结,实现了高效协同光催化产氢.我们首先以乙酸镉和硫脲为原料通过一步水热法合成了超薄2D CdS纳米片,并用静电自组装方法制备了CdS/Cu7S4.在可见光下进行了产氢测试,实验结果证实了优化的2D CdS/2%Cu7S4层状异质结在含有Na2S·9H2O和Na2SO3的水溶液中光催化析氢活性最高(27.8 mmol g^-1 h^-1),是原始CdS纳米片(2.6 mmol g^-1 h^-1)的10.69倍.经过4次连续循环反应,CdS/Cu7S4二元复合体系展现出良好的稳定性.为深入探讨高效产氢机制,对纳米级CdS复合材料的光催化物化性能及载流子分离机制进行了表征.通过X射线衍射确定了CdS和CdS/Cu7S4的晶体结构.用高分辨电子显微镜和X射线光电子能谱证实合成了CdS催化剂和Cu7S4助催化剂的超薄纳米片结构且成功复合.用紫外-可见漫反射光谱法对制备的纯CdS和CdS/Cu7S4复合样品的光吸收特性进行了表征.结果表明,在CdS上负载Cu7S4以后,可以明显观察到样品对可见光的吸收能力明显增强.对CdS/Cu7S4进行XPS测试分析,进一步证明了样品中S、Cd和Cu的化学成分和状态.利用PL发射光谱研究了CdS/Cu7S4光催化剂的电荷载流子复合和转移行为.进一步对纯CdS和CdS/Cu7S4复合光催化剂的瞬态光电流响应(I-t曲线)进行了研究,确定了光生载体的分离效率.阻抗是深入研究电荷载流子迁移和界面转移的最有力技术,利用阻抗技术证实CdS/Cu7S4界面高效的载流子分离性能.极化曲线结果表明,加入Cu7S4可以降低CdS的产氢过电势,因此加速表面产氢动力学.由此可见,本文所构建的2D-2D CdS/Cu7S4二元层状异质结可以同时实现光生电子空穴对的快速分离、电子的转移和增加光生电子在表面利用效率,从而最大幅度地提高其光催化水分解产氢活性.本文所采用基于CdS纳米片的2D-2D界面耦合策略可以作为一种通用策略扩展到各种传统半导体纳米片的改性,从而极大地推进高效光催化产氢材料的持续进步.     

Biomolecule‐Assisted Construction of Cadmium Sulfide Hollow Spheres with Structure‐Dependent Photocatalytic Activity

In this study, we report the synthesis of monodispersive solid and hollow CdS spheres with structure‐dependent photocatalytic abilities for dye photodegradation. The monodispersive CdS nanospheres were constructed with the assistance of the soulcarboxymthyi chitosan biopolymer under hydrothermal conditions. The solid CdS spheres were corroded by ammonia to form hollow CdS nanospheres through a dissolution–reprecipitation mechanism. Their visible‐light photocatalytic activities were investigated, and the results show that both the solid and the hollow CdS spheres have visible‐light photocatalytic abilities for the photodegradation of dyes. The photocatalytic properties of the CdS spheres were demonstrated to be structure dependent. Although the nanoparticles comprising the hollow spheres have larger sizes than those comprising the solid spheres, the hollow CdS spheres have better photocatalytic performances than the solid CdS spheres, which can be attributed to the special hollow structure.     

Physicochemcial characteristic of CdS-anchored porous WS2 hybrid in the photocatalytic degradation of crystal violet under UV and visible light irradiation

In this work, we report the synthesis of CdS-incorporated porous WS₂ by a simple hydrothermal method. The structural, morphological, and optical properties of the samples were examined by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), high resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV–visible spectrometry. The photocatalytic activities were established for degradation of crystal violet (CV) under UV and visible light irradiation. The CdS-incorporated porous WS₂ hybrid demonstrated high photocatalytic activity for degradation of CV pollutant compared to pure CdS nanoparticles and porous WS₂ sheets. This result implies that the CdS-incorporated porous WS₂ promoted more electron-hole pair transformation under UV and visible light irradiation. This significant enhancement of photocatalytic efficiency of CdS-incorporated porous WS₂ photocatalyst under visible light can be ascribed to the presence of CdS nanospheres on the meshed-like WS₂ sheets which potentially improves absorption in the visible range enabled by surface plasmon resonance effect of CdS nanospheres. The photostability and reusability of the CdS-porous WS₂ were examined through recycling experiments.     

CdS nanospheres hybridized with graphitic C3N4 for effective photocatalytic hydrogen generation under visible light irradiation

Graphitic carbon nitride (g‐C₃N₄)‐based photocatalysts have received considerable attention in the field of photocatalysis, especially for photocatalytic H₂ evolution. However, the intrinsic disadvantages of g‐C₃N₄ seriously limit its practical application. Herein, CdS nanospheres with an average diameter of 135 nm prepared using a solvothermal method were used as co‐catalysts to form CdS/g‐C₃N₄ composites (CSCN) to enhance the photocatalytic activity. Various techniques were employed to characterize the structure, composition and optical properties of the as‐prepared samples. It was found that the CdS nanospheres were relatively uniformly dispersed on the surface of g‐C₃N₄. Moreover, the photocatalytic H₂ generation activity of the samples was evaluated using lactic acid as sacrificial reagent in water under visible light irradiation. When the amount of CdS nanospheres loaded in the hybridized composites was 5 wt%, the optimal H₂ evolution rate reached 924 μmol g^?1 h^?1, which was approximately 1.4 times higher than that (680 μmol g^?1 h^?1) of Pt/g‐C₃N₄ (3 wt%). Based on the results of analysis, a possible mechanism for the photocatalytic activity of CSCN is proposed tentatively.     

微波水热法制备CdS单分散纳米球及其形貌控制

采用微波水热法,以醋酸镉(Cd(CH3COO)2.2H2O)为镉源,硫脲(CS(NH2)2)为硫源,制备出了具有单分散球形形貌的CdS纳米晶。应用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能量色散谱仪(EDS)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等测试手段对样品的物相、形貌、元素组分及吸光性能进行了表征,并以罗丹明B溶液的降解脱色反应来考察了其的光催化活性。结果表明:随着S/Cd物质的量比(nS/nCd)逐渐增大,产物会出现由刺球链状向分散球形过渡的规律性变化。在一定的nS/nCd比的条件下可以合成出大小均匀、分散性较好的六方相CdS纳米球。样品对可见光有较强吸收,存在着一定的红移现象。在可见光照射下,硫化镉单分散纳米球具有更高的光催化活性。     

Facile Synthesis of Uniform Zinc-blende ZnS Nanospheres with Excellent Photocatalytic Activity toward Methylene Blue Degradation

Uniform and well-dispersed Zn S nanospheres have been successfully synthesized via a facile chemical route. The crystal structure, morphology, surface area and photocatalytic properties of the sample were characterized by powder X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM), Brunauer-Emmett-Teller(BET) and ultraviolet-visible(UV-vis) spectrum. The results of characterizations indicate that the products are identified as mesoporous zinc-blende ZnS nanospheres with an average diameter of 200 nm, which are comprised of nanoparticles with the crystallite size of about 3.2 nm calculated by XRD. Very importantly, photocatalytic degradation of methylene blue(MB) shows that the as-prepared Zn S nanospheres exhibit excellent photocatalytic activity with nearly 100% of MB decomposed after UV-light irradiation for 25 min. The excellent photocatalytic activity of ZnS nanospheres can be ascribed to the large specific surface area and hierarchical mesoporous structure.     

Cd2+ Counterion-Assisted Synthesis of Uniform CdS Nanospheres Capped with the Anionic Surfactant Sodium dodecylsulfate

Uniform cadmium sulfide (CdS) nanospheres were successfully prepared in the presence of the anionic surfactant sodium dodecylsulfate (SDS) at an appropriate concentration and relatively low temperature. Zeta potential data were collected for the three kinds of CdS particles to verify the existence of the Cd²⁺counterion on the CdS surface and Charge reversal; this was crucial for the explanation of how the anionic SDS surfactant molecules adsorbed on the negatively charged surface. Moreover, we confirmed that SDS had coated the surface of CdS nanospheres using infrared spectroscopy, and thermogravimetric analysis. An counterion assisted mechanism accounting for synthesis of CdS nanospheres could be widely used in the synthesis of nanomaterials if there is specific adsorption of the counterion. The CdS nanospheres showed good performance for the rapid adsorption of methylene blue.     

羧酸根功能化的PVP-CdS同质结及其高效的光催化析氢性能

光催化制氢是一种十分绿色、环保可持续的产氢方式。为了构建高效的光催化体系,对光催化剂进行表面修饰可以提高反应分子的吸附/活化的能力和电荷转移的效率。在本文中,我们通过γ-射线辐射还原法一步合成了聚乙烯吡咯烷酮包裹的硫化镉(P-CdS)同质结纳米粒子,之后通过室温下的碱化后处理,将P-CdS表面的PVP水解成为具有羧酸根和铵根的MPVP,而CdS的WZ-ZB同质结的晶体结构并未受到影响。一方面,由于MPVP在碱性溶液中的溶解度的提高,一部分MPVP溶解于溶液中,最终从MP-CdS表面去除,从而暴露出更多WZ-ZB同质结的活性位点。另一方面,水解后的MPVP保留在CdS表面,其羧酸根离子与CdS的配位作用,会影响到催化剂的价带结构,进而促进光催化析氢过程。在二者的协同作用下,当碱化NaOH浓度为1 mol·L^-1时,MP-CdS-3碱化样品的光催化析氢速率达到477 μmol·g^-1·h^-1,是未碱化样品的2倍。这种碱化后处理的策略简单且廉价,可以引申到合成一些PVP包裹的各类光催化剂的表面修饰当中,有利于促进硫化镉材料的光催化应用。     

Template-free synthesis of CdS hollow nanospheres based on an ionic liquid assisted hydrothermal process and their application in photocatalysis

Polycrystalline CdS hollow nanospheres with diameter of about 130 nm have been successfully synthesized in high yield by an ionic liquid (IL) assisted template-free hydrothermal method for the first time. Both the molar ratios of Cd/S precursor in the solution and the reaction temperature play important roles in the formation of the CdS hollow nanospheres. The concentrations of capping agent hexamethylenetetramine (HMT) and polyvinylpyrrolidone (PVP) are also crucial for the morphology and size of the final product. IL was found to be a key component in the formation of CdS hollow structures, because solid spheres were obtained in the absence of IL. A subsequent growth mechanism of hollow interior by localized Ostwald ripening process has been further discussed. Such hollow structures show high photocatalytic ability in the photodegradation of methylene blue.