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cds量子点光催化CDS量子点光催化是一种新型的光催化材料，其具有很高的光催化活性和稳定性，因此受到了广泛的关注。
本文将从什么是CDS量子点、光催化原理、应用前景等几个方面进行详细介绍。
一、什么是CDS量子点1.1 CDS量子点的概念CDS量子点是一种由硫化镉（CdS）纳米晶体组成的半导体材料，其直径通常在1-10纳米之间。
与大多数半导体材料不同的是，CDS量子点具有特殊的发光性质，即在受到紫外线或可见光照射时会发出强烈的荧光信号。
1.2 CDS量子点的制备方法目前，制备CDS量子点主要有两种方法：溶液法和气相法。
溶液法：将硫化镉和还原剂等混合在水或有机溶剂中，在一定温度下进行还原反应即可得到CDS量子点。
气相法：将硫化镉蒸发到高温反应管中，在氢气或氮气等还原剂存在下进行还原反应即可得到CDS量子点。
二、CDS量子点光催化原理2.1 光催化的基本原理光催化是指在光照射下，通过半导体材料对有机污染物和无机污染物进行降解的一种技术。
其基本原理是：当光照射到半导体材料表面时，会激发半导体材料中的电子从价带跃迁至导带，形成电荷对。
这些电荷对可以在半导体表面与氧分子结合形成活性氧，从而促进有机污染物和无机污染物的降解。
2.2 CDS量子点光催化的原理CDS量子点作为一种新型的光催化材料，其光催化原理与传统的半导体材料有所不同。
CDS量子点具有特殊的大小效应和能带结构，可以将可见光转换为高能量电荷对。
当CDS量子点受到可见光照射时，会产生电荷对，并在表面与氧分子结合形成活性氧。
这些活性氧可以促进有机污染物和无机污染物的降解。
三、CDS量子点光催化的应用前景3.1 环境污染治理CDS量子点光催化具有很高的光催化活性和稳定性，可以有效地降解有机污染物和无机污染物。
因此，CDS量子点光催化在环境污染治理方面具有广泛的应用前景。
3.2 新能源开发CDS量子点光催化可以将太阳能等可见光转换为高能电荷对，从而产生电能。
半导体材料的能带调控及其光催化性能的研究一、本文概述随着科技的快速发展，半导体材料在能源、环保、电子等领域的应用越来越广泛。
其中，半导体材料的能带调控及其光催化性能的研究，成为了当前材料科学领域的研究热点。
本文主要对半导体材料的能带调控方法进行深入探讨，并研究其对光催化性能的影响，以期为提高半导体材料的光催化效率和应用范围提供理论支持和实践指导。
文章首先介绍了半导体材料的基本概念和能带结构，阐述了能带调控的基本原理和方法。
接着，通过对比实验和理论计算，研究了不同能带调控手段对半导体材料光催化性能的影响。
在此基础上，探讨了光催化性能与能带结构之间的关联机制，为进一步优化半导体材料的光催化性能提供了思路。
本文还关注了半导体材料在实际应用中的环境问题，如光催化反应过程中的能量转换效率、催化剂的稳定性等。
通过对比分析不同半导体材料的光催化性能，本文提出了一些改进方案和建议，为半导体材料在光催化领域的实际应用提供了有益的参考。
本文旨在全面、深入地研究半导体材料的能带调控及其光催化性能，以期推动半导体材料在能源、环保等领域的应用和发展。
二、半导体材料基础知识半导体材料是一类具有特殊电子结构的材料，其导电性能介于导体和绝缘体之间。
半导体材料的导电性能可以通过外部条件（如温度、光照、电场等）进行有效调控，这一特性使得半导体材料在电子器件、光电器件、太阳能电池、光催化等领域具有广泛的应用。
半导体材料的导电性能与其内部的能带结构密切相关。
能带结构描述了半导体材料中电子可能存在的能量状态。
在绝对零度下，半导体材料的价带是填满的，导带是空的，二者之间存在一个禁带。
随着温度的升高，部分价带电子会获得足够的能量跃迁到导带，形成自由电子和空穴，使得半导体材料具有导电性。
在半导体材料中，通过调控能带结构，可以改变其导电性能。
例如，通过掺杂可以改变半导体材料的载流子浓度，从而调控其导电性。
外部电场、光照等条件也可以影响半导体材料的能带结构，从而调控其导电性能。
《CdS基宽光谱复合材料合成及其光催化还原CO2性能研究》一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术已成为科研领域的一个热点。
其中，光催化还原CO2技术具有巨大的应用潜力，可有效减少温室气体的排放并转化为有价值的化学品。
CdS作为一种典型的宽光谱半导体材料，因其具有较高的光吸收能力和良好的光催化性能，在光催化还原CO2领域受到了广泛关注。
然而，单纯的CdS材料存在着一些缺陷，如光生载流子复合率高、光响应范围有限等。
为了解决这些问题，研究者们开始探索将CdS与其他材料复合，以提高其光催化性能。
本文旨在研究CdS基宽光谱复合材料的合成及其在光催化还原CO2方面的性能。
二、实验方法1. 材料制备本文采用溶胶-凝胶法合成CdS基宽光谱复合材料。
首先，将适量镉盐和硫源在溶液中混合，加入表面活性剂以控制颗粒形貌。
随后，通过热处理和硫化处理得到CdS基复合材料。
2. 结构表征利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对合成材料的晶体结构、形貌和微观结构进行表征。
3. 光催化性能测试以光催化还原CO2为探针反应，评价CdS基宽光谱复合材料的光催化性能。
在封闭的光反应器中，以合成材料为光催化剂，以CO2和H2O为反应物，光照条件下进行反应。
通过气相色谱仪分析反应产物，计算CO2的转化率和产物选择性。
三、结果与讨论1. 材料表征结果XRD结果表明，合成材料具有典型的CdS晶体结构。
SEM 和TEM图像显示，材料具有均匀的颗粒形貌和良好的分散性。
此外，通过能谱分析（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）等手段，证实了材料中各元素的化学状态和价态。
2. 光催化性能分析实验结果表明，CdS基宽光谱复合材料具有优异的光催化还原CO2性能。
在可见光照射下，该材料能够有效地将CO2转化为碳氢化合物和醇类等有机物。
与纯CdS相比，复合材料的光催化性能得到显著提高。
这主要归因于复合材料具有较宽的光谱响应范围、较高的光生载流子分离效率和较强的氧化还原能力。
CdS光催化的研究进展壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中硫化镉光催化的研究进展邓永盛（龙岩学院化学与材料学院，福建龙岩 2021061606）摘要：不同的条件下壳聚糖/CdS复合粒子的光催化活性也不同，在适合的条件下往壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中加入CdS能显著提高他的光催化降解作用和光催化脱色作用，进一步拓宽其应用领域. 关键词：壳聚糖/CdS；光催化；降解；脱色Chitosan/Poly (Vinyl Alcohol) In Composite Film CadmiumSulphideLight Catalysis Are ReviewedDengYongSheng(longyan college chemistry and materials institute, fujian longyan 2021061606)Abstract: under the condition of different chitosan/CdS composite particle of light catalytic activity is different, in a suitable conditions to chitosan/poly (vinyl alcohol) in composite film join CdS can significantly improve the photocatalytic degradation of his role and light catalytic decoloring role, further opening up its application field. Keywords: chitosan/CdS; Photocatalytic; Degradation; decoloring1 前言在各种解决能源问题的途径中 , 以太阳能转化和储存为主要背景的半导体光催化特性的研究是吸引[1]人的科研方向之一 . 将半导体材料用于光催化降解水中污染物的研究还是近十几年的技术. 该技术的优点: (1)水中所含多种有机污染物均可被完全降解为CO2、H2O等, 无机污染物被氧化或还原为无害物（2）不需要另外的电子受体（3）合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可以重复使用等优点（4）可以利用取之不尽用之不竭的太阳能作为光源激活光催化（5）该法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、[2, 3]无二次污染. CdS作为一种重要的半导体光催化剂 , 有着广泛的应用.2 光催化研究(1) 光催化降解甲基橙染料废水是难降解工业废水之一 , 在酸性和碱性条件下的偶氮和醌式结构是染料化合物的主体结构,[4]因而, 以甲基橙作为染料模型化合物有一定的代表性. 崔玉明采用胶体化学法制备表面富镉的Cd/CdS 纳米粒子为催化剂对水溶液中甲基橙的光催化降解进行了研究. 探讨了光催化反应机理, 讨论了光催化剂用量, 双氧水的用量, 试液的pH值, 光照时间与甲基橙脱色率的关系. 实验结果表明, 以表面富镉的Cd/CdS纳米粒子为催化剂, 对甲基橙光催化降解实验结果表明:当甲基橙起始浓度为20mg/L, Cd/CdS用量为0.500g, 双氧水用量为5.88mmol/ L, pH值为7.0时, 光照6h, 甲基橙的脱色率可达到95.5%. 而在同样条件下, 暗反应、空白实验甲基橙的脱色率分别达到5.2%、4.8%, 这说明光催化反应占绝对优势. 该法具有操作工艺简单、设备少、节能等优点, 将具有广泛的应用前景.而侯进等用反相微乳液法制备了壳聚糖/CdS复合纳米粒子, 并考察了复合纳米粒子用量、光照条件和溶液pH值等因素对光催化降解甲基橙的影响. 结果表明:(1)随着复合纳米粒子用量的增加, 降解速率加快, 当用量超过0.30g时降解速率增加缓慢, 对于100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液催化剂最佳用量约为0.30g. (2)在光照条件下270nm和464nm处的吸收峰迅速减弱, 并最终消失, 且在258nm和455nm处出现了新的吸收峰, 说明甲基橙发生了降解. 而暗反应条件下未发生降解. (3)复合纳米粒子光催化降解甲基橙最佳pH为6~8. (4)复合纳米粒子的光催化降解能力明显优于普通CdS, 2min时降解效率高出50%, 400min时高出21.3%. (5)初步提出了复合纳米粒子光催化降解机理, 吸附作用是光催化降解作用的前置步骤.[5](2) 光催化脱色含有直接染料的废水具有色度深、毒性强、难降解等特点, 一直是工业废水处理的难点. 光催化降解直接染料反应时间短, 不产生二次污染物, 可将某些难生物降解的有机物彻底氧化为CO2和H2O. CdS粒子的吸收光谱宽, 消光系数大, 可以高效利用可见光, 且制备较简单, 在光催化降解各类有机污染物中已[6]经得到广泛的研究和应用. 胡琳等制备了壳聚/CdS复合粒子系统地研究了不同工艺条件、复合粒子用量、染料初始质量浓度、pH值和无机盐等对直接绿28脱色效果的影响, 并考察了复合粒子的重复使用效果, 结果表明, 直接绿28的光解脱色速率随染料起始质量浓度的增加而降低;复合粒子质量浓度为1g/L时可以达到较好的光催化脱色效果;pH值3.2时, 光催化脱色效果最好;在所考察的几种无机盐离子中Br--的抑制作用最显著, NO2对染料的光催化脱色稍有促进;复合粒子有较高的重复利用性.(3) 光催化降解茜素红侯进等对壳聚糖/CdS复合纳米粒子在光催化降解茜素红的应用进行研究. 结果表明:(1) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子用量对光催化降解茜素红有重要影响, 随着其用量的增加, 对茜素红- 1光催化降解速率加快, 当用量超过0.03g时降解速率增加缓慢, 对于100ml浓度为20mg・l的茜素红溶液催化剂最佳用量约为0.03g.(2) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子对茜素红有一定的吸附作用, 但在吸附过程中没有出现新的吸收峰; 而壳聚糖/CdS复合纳米粒子在降解茜素红过程中, 分别在223nm和228nm处出现了新的吸收峰, 说明茜素红发生了降解.(3) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子在弱酸性条件下光催化降解茜素红较适合.(4) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子对茜素红的光催化降解能力明显优于普通CdS, 降解2min时, 两者的降解效率分别为54.18%和30.16%; 降解30min时, 两者的降解效率分别为9811%和6917%.[7](4) 溶液中共存阳离子对CdS光催化降解能力的影响研究者探索的影响催化剂光催化性能的水体中共存组分或外加组分可分为: (1) 水溶液的酸碱度;[9, 10][11-13][14, 15](2) 外加氧化剂; (3) 无机共存离子; (4) 表面活性剂等. 研究表明, 水体中存在的水溶性[16]金属离子的种类和浓度能明显地影响光催化反应的速度和效率. 但对于金属阳离子的影响, 目前尚缺[17][18]3+乏较系统的研究. 2021年, Matsuo等和Xie等报道了稀土离子和Fe离子吸附修饰纳米TiO2 或溶胶体系的光催化活性, 研究发现该体系不仅可以有效地扩展催化剂的光吸收范围, 改善催化活性, 而且比[19]高温处理样品的光催化活性更好. 王琼生等采用水热方法制备了纳米硫化镉光催化剂. 借助粉末X2射线衍射(XRD), 固体紫外可见漫反射光谱(DRS) 对合成产物进行了表征. 以纳米CdS和本体CdS作为可见光的光催化剂, 用难降解的离子型染料罗丹明B为探针分子, 讨论了溶液常见的共存金属离子种类、质量[8, 9]分数对CdS光催化降解罗丹明B的影响. 并得出共存离子Cu对CdS光催化降解罗丹明B起抑制作用, Ag3+3+对CdS光催化降解罗丹明B没有显著影响, 而共存离子Fe和Pr能显著地提高纳米、本体CdS光催化剂降解罗丹明B的降解速率, 最佳的离子质量分数分别为催化剂用量的015%和10%.2++(5) 光催化降解活性染料染料废水是含有有机染料的高色度废水, 具有组成复杂, 水质、水量变化大, 色度高, 分布广, 难生[20]物降解等特点, 是废水处理中的难点之一. 宋锦等以硫化镉为光催化剂, 钨灯模拟可见光, 研究了硫化镉对活性染料亚甲基蓝的光催化降解过程. 考察了光照时间、催化剂用量、污染物的初始浓度、反应体系的pH 值等对光催化过程的影响. 结果表明, 以钨灯为光源下, 硫化镉能较好对亚甲基蓝进行降解.3 结论在目前的研究中, 硫化镉已被证明是一种具有可见光响应的光催化剂[21-23] , 可以预见它将成为光催化领域有良好前景的光催化剂. 往壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中加入硫化镉能大大提高光催化降解活性和光催化脱色活性, 因此在节能省耗，降解染料工业废水、降解污染物中具有广阔的应用前景.参考文献[1] 崔玉民, 韩金霞. 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CdS复合半导体光催化剂的制备及其光解水制氢性能研究的开题报告一、选题背景及研究意义随着人类社会的不断发展，能源问题逐渐成为全球关注的焦点，其中可再生能源是未来能源发展的重要方向之一。
光催化水分解制氢技术作为一种新型的可再生能源技术，具有操作简单、资源广泛、环境友好等优点，在近年来受到了广泛的研究和应用。
然而，光催化水分解制氢技术在实际应用中还面临着许多挑战，例如催化剂的选择和制备、光吸收效率等问题。
CdS是一种广泛应用于光催化分解水制氢的半导体材料，但其制备过程中的缺陷和表面态会导致其光吸收率降低，从而限制其在光催化制氢中的应用。
因此，通过将CdS与其他材料复合制备出具有更高光吸收性能的光催化剂对于进一步提高光催化分解水制氢效率具有重要意义。
二、研究内容和方法本研究将采用溶胶-凝胶法（sol-gel）和浸渍法（impregnation）相结合的方法制备CdS复合半导体光催化剂，并通过SEM、XRD、UV-vis等测试手段对其结构和性能进行表征。
此外，还将研究光催化剂在光解水制氢反应中的性能，包括光催化活性、稳定性等。
三、预期成果1. 成功制备出具有高光吸收性能的CdS复合半导体光催化剂；2. 研究光催化剂在光解水制氢反应中的性能，优化制氢效率；3. 提供CdS复合半导体光催化剂的制备方法和制氢性能研究成果，为光催化分解水制氢技术的发展提供参考。
四、研究时间和预算本研究预计需要12个月的时间和50万元的经费支持，主要用于仪器设备购置、材料采购和实验室维护等方面。
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[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2008,24(5)：749-754May Received:December 28,2007;Revised:February 21,2008;Published on Web:March 17,2008.∗Corresponding author.Email:jzzhou@;Tel:+86592⁃2189663.国家自然科学基金(20433040,20423002)资助项目ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica SinicaDNA/CdS 纳米粒子复合体系的光谱和光电化学性质陈巧琳周剑章∗梁金玲林玲玲林仲华(厦门大学化学化工学院化学系,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005)摘要：在水溶液中以DNA 作为模板和稳定剂,构筑了DNA 与CdS 纳米粒子复合体系(DNA/CdS NPC),研究DNA 的含量,单双链等对复合体系光电响应的影响,并综合TEM,UV ⁃Vis,IR 和荧光光谱等对其形貌和光谱性质进行表征.结果表明,CdS 纳米粒子(CdS NPs)与DNA 链之间主要通过静电作用结合;DNA 模板对CdS NPs 的禁带宽度没有影响;以DNA 模板合成的CdS NPs 具有较高的表面态密度,其对CdS NPs 的荧光有增强作用,而对光电流响应有抑制作用,并且DNA 在复合体系中的含量影响荧光增强和光电流减弱的程度.该复合体系在荧光标记检测和DNA 的定量分析方面可能具有应用前景.关键词：DNA/CdS 纳米粒子复合体系;光电化学性质;光谱性质中图分类号：O646Spectroscopic and Photoelectrochemical Properties of DNA/CdS Nanoparticle CompositesCHEN Qiao ⁃Lin ZHOU Jian ⁃Zhang ∗LIANG Jin ⁃Ling LIN Ling ⁃Ling LIN Zhong ⁃Hua(State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces,Department of Chemistry,College of Chemistry and ChemicalEngineering,Xiamen University,Xiamen 361005,Fujian Province,P.R.China )Abstract ：DNA/CdS nanoparticle composites (DNA/CdS NPC)containing single or double strands and different concentrations of DNA were constructed in aqueous solutions.The effect of DNA on the photoelectrochemical properties of DNA/CdS NPC was investigated and the spectroscopic properties of DNA/CdS NPC were characterized by TEM,UV ⁃Vis,IR,and fluorescent spectrometry.The results showed that CdS nanoparticles (CdS NPs)were combined with DNA strands through the electrostatic interaction;DNA templates did not affect the band gap of CdS NPs;DNA ⁃templated CdS NPs had a higher density of surface states than that stabilized by Na 4P 2O 7,which enhanced the photoluminescence (PL)intensity whereas restrained the photocurrent response of CdS NPs.Besides,there was certain dependency of both the increase of PL intensity and the decrease of photocurrent response on DNA concentrations in DNA/CdS NPC.The composites were hopeful for applications in both fluorescent tagged detections and quantitative analysis of DNA.Key Words ：DNA/CdS nanoparticle composites;Photoelectrochemical property;Spectroscopic propertyDNA 和半导体纳米粒子通过合适整合而构筑的具有协同功能和性质的生物纳米系统———DNA/半导体纳米粒子复合体系,近年来逐渐成为研究的热点,其在纳米电子器件和生物传感器的研发,以及在生物学研究和医学诊断上,均具有重要意义.关于DNA/半导体纳米粒子复合体系的研究主要包括两大方面:其一是从DNA 分子的刚性结构出发,以DNA 作为模板构筑半导体纳米粒子链或纳米线[1-5],主要作为纳米电子器件的材料;或是从碱基互补配对的性质出发,构建图形化二维或三维网络模板,以749Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2008Vol.24构筑半导体纳米集成器件,其中一种典型的结构是Willner小组构筑的网络结构(cross⁃linked structure)[6].其二是利用半导体纳米粒子作为标记物,通过电化学和光电化学手段实现对DNA定量和杂交的检测[7-10].对复合体系中DNA与半导体纳米结构界面相互作用的探索和研究,如DNA对纳米粒子的电子态的影响,复合结构的界面电荷转移机理等,将为该系统的分析和应用提供重要的基础[11].Coffer等[12]探讨了核苷酸稳定剂对CdS量子团簇的结构和光谱性质的影响;Jin等[3]研究了DNA模板上CdS粒子的结合位点.但二者之间相互作用的本质和细节尚需更进一步的研究和认识.光电化学检测方法在DNA领域的运用尚处于起步阶段,而利用该方法对DNA/半导体纳米粒子体系中相互作用的研究还未见报道.本文构筑了DNA/CdS纳米粒子复合体系(DNA/CdS NPC),采用光谱和光电化学方法,研究DNA与半导体纳米粒子之间的相互作用,以及相互作用对半导体纳米粒子的电子结构的影响.1实验部分1.1仪器和试剂小牛胸腺DNA(ds ctDNA)购自Sigma公司(OD260/OD280>1.8,链长2000-10000bp),溶于Tris缓冲溶液中(10mmol·L-1Tris+10mmol·L-1NaCl,pH= 7.0),储备液浓度100mg·L-1.单链ctDNA(ss ctDNA)由ds ctDNA热处理解链后制得.实验所用水溶液均用超纯水配制.TEM采用Tecnai F30场发射透射电镜(Philips⁃FEI);紫外⁃可见吸收光谱采用岛津UV⁃2100紫外⁃可见分光光度计;红外吸收光谱采用380傅立叶红外光谱仪(Nicolet);荧光光谱在F⁃4500型荧光光谱仪(Hitachi)上测得.光电实验采用自行研制的光电测试联用系统,具体由150W氙灯(Zolix)光源,光斩波器(EG&G,PAR,194A),单色仪(ARC,SpectroPro⁃275),恒电位仪(EG&G,PAR,273),锁相放大器(EG&G,PAR,5206),计算机控制系统等构成.电极的入射光强为18mW·cm-2,光斑大小0.1cm2,测量光电流-电位曲线和光电流谱.1.2实验方法空白CdS纳米溶胶(CdS NPs)的制备采用溶胶⁃凝胶法[13]:搅拌下将0.5mL0.01mol·L-1Na2S溶液逐滴加入含0.5mL0.01mol·L-1CdCl2和0.05mL0.1mol·L-1焦磷酸钠(Na4P2O7)的9.5mL Tris缓冲溶液中,CdS NPs最终浓度为0.5mmol·L-1;DNA/CdS NPC体系的制备方法是先将一定量的DNA储备液加入上述含等量Cd2+的缓冲溶液中,充分反应后再加入等量Na2S,在DNA链上形成CdS纳米粒子,体系中DNA的含量以最初合成的复合溶胶中DNA的浓度表示;由于当DNA浓度在0-20mg·L-1范围时,仅仅用DNA作模板及稳定剂不能形成稳定的溶胶,为方便比较,每个样品均加入了与上述空白CdS溶胶等浓度的Na4P2O7,当DNA浓度达到200mg·L-1及以上时,则无需额外加入稳定剂.所得溶胶直接用于TEM表征,以及紫外⁃可见吸收光谱和荧光光谱测试.溶胶经过浓缩及除盐后用于红外吸收光谱测试.光电化学实验中,将空白CdS NPs溶胶和DNA/CdS NPC溶胶均浓缩后转移于ITO导电玻璃(经亲水预处理)上制成研究电极,每片电极上CdS NPs的量为1滋mol,电解池采用三电极体系,对电极为铂丝电极,参比电极为SCE,电解液用PBS缓冲溶液(pH=7.0).2结果与讨论TEM形貌图(图1)显示CdS粒子在单双链DNA上均形成相对有序的排列,显示出“珠链”构型,且CdS粒子之间相挨得比较紧密.双链DNA与单链DNA上的CdS粒径均在30-40nm之间,大小较为接近,粒径分布也较均匀.图2为DNA/CdS NPC复合体系与空白CdS NPs体系的UV⁃Vis光谱.对于两种不同DNA的复合体系:(1)空白CdS NPs与DNA/CdS NPC中CdS 纳米粒子在350-500nm区间的吸收曲线几乎重叠,且当复合溶胶中DNA的含量变化时,CdS的主吸收带启动波长也未发生变化,吸收光谱中260nm 附近的吸收包含DNA链上碱基苯环结构的特征吸图1DNA/CdS NPC体系的TEM形貌图Fig.1TEM images of DNA/CdS NPC(a)ds ctDNA/CdS NPC;(b)ss ctDNA/CdS NPC750No.5陈巧琳等：DNA/CdS 纳米粒子复合体系的光谱和光电化学性质收,其值随着体系中DNA 含量增大而增大.DNA 浓度在20mg ·L -1以内时,CdS NPs 的启动波长基本不移动,即表明DNA 骨架对CdS NPs 的禁带宽度没有影响.(2)CdS NPs 的启动波长均在470nm 左右,与块体CdS 相比,蓝移了45nm,表现出量子尺寸效应[14].根据纳米CdS 禁带能与半径的关系曲线[15],CdS 纳米粒子直径在4.2nm 左右.进一步的高分辨TEM 图像显示直径30-40nm 的CdS 颗粒为表面有直径约数纳米的簇状突起的纳米“杨梅”.结合紫外可见吸收光谱数据和量子尺寸效应理论,我们认为图1显示的CdS 颗粒应是一些直径为4-5nm 粒子的聚集体,每个纳米“杨梅”大概跨越了10-12个DNA 螺旋.图3显示复合体系与DNA 的红外吸收光谱形状基本相同,归属于DNA 的一些特征谱峰均出现[16],并且谱峰位置几乎没有发生位移.如964cm -1处的谱峰归属于核糖鄄磷酸骨架的O —P —O 反对称伸缩振动;1063cm -1归属于磷酸的对称伸缩振动;1225cm -1归属于磷酸的非对称伸缩振动;1652cm -1归属于DNA 碱基中C 襒O 双键伸缩振动.因此,在ds ctDNA/CdS NPC 和ss ctDNA/CdS NPC 中,CdS NPs 与ds ctDNA 或ss ctDNA 之间应无化学键合作用.相关文献指出[12],当Cd 2+浓度较低(与DNA 上磷酸基团摩尔比小于0.5)时,Cd 2+与磷酸基团之间将形成配位键,但Cd 2+浓度较高时则情况不同.本复合体系中可能由于Cd 2+浓度较高,CdS 纳米粒子是以静电作用与DNA 链结合.荧光光谱(图4)显示:(1)空白CdS NPs 与复合体系的荧光发射波长均在550nm 左右,与相关文献相近[17];(2)单纯用焦磷酸钠保护的CdS NPs 溶胶的荧光强度最小,而与DNA 形成复合体系后,荧光强度增大,并且随着DNA 含量的增大,强度增大.(3)当DNA 浓度一致时,ss ctDNA/CdS NPC 体系的荧光强度大于ds ctDNA/CdS NPC.由光电流-电位曲线(图5)上看出,400nm 光照下,对于两种复合体系,阳极光电流均随着外加电位的增大而缓慢地增大,当体系外加电位E app 为200mV(vs SCE)时,光电流值已基本趋于最大值,因此后面的光电化学实验均采取E app 为200mV 进行.同时,随着DNA 在复合体系中浓度的升高,体系的光电流响应逐渐降低.实验中我们测试了空白CdS NPs 和复合体系光照下的开路电位,发现复合体系中DNA 含量增加时,体系的开路电位正移,表示复合体系的电子结构可能与空白CdS NPs 的不大相同,有较多的体相复合中心存在,即存在较多的体相缺陷.图6为DNA/CdS NPC 体系在200mV 电位下图2不同DNA 浓度时DNA/CdS NPC 体系紫外可见吸收光谱Fig.2UV 鄄Vis spectra of DNA/CdS NPC with different DNA concentrations(a)without DNA,(b)c DNA =5mg ·L -1,(c)c DNA =10mg ·L -1,(d)c DNA =20mg ·L -1;The insets are the partially enlargedspectra.图3ds ctDNA/CdS NPC (a),ss ctDNA/CdS NPC (b)和ds ctDNA (c)的红外吸收光谱Fig.3IR spectra of (a)ds ctDNA/CdS NPC,(b)ss ctDNA/CdS NPC,and (c)ds ctDNA751Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2008Vol.24的光电流谱,插图A 和B 为光电流峰值与复合溶胶中DNA 浓度的关系图.图上显示,对于两种复合体系,DNA 浓度在0-20mg ·L -1区间时,光电流峰值均随着DNA 的浓度增大而逐渐减小.当DNA 浓度达到20mg ·L -1时,其光电流响应已经基本趋于0.光电流-电位曲线和光电流谱的结果显示复合体系中DNA 的引入起到抑制CdS NPs 光电响应的作用,为了进一步求证DNA 对CdS NPs 性质的影响,测试了空白CdS NPs 和复合体系暂态光电流响应.图7中在400nm 光照下,ds ctDNA/CdS NPC 和ss ctDNA/CdS NPC 的暂态光电流响应均显示了与光电流谱一致的变化趋势,即随着DNA 的浓度升高,光电流下降.此外，两种复合体系的暂态响应曲线上在光亮和光暗瞬间均分别出现尖锐的暂态光电流前峰和后峰,表示存在表面复合过程.空白CdS NPs 的暂态光电流响应也出现了类似的现象,说明图4不同DNA 含量时DNA/CdS NPC 体系荧光光谱Fig.4Fluorescence spectra of DNA/CdS NPC with different DNA concentrations(a)without DNA,(b)c DNA =5mg ·L -1,(c)c DNA =10mg ·L -1,(d)c DNA =20mg ·L -1,(e,f)c DNA =200mg ·L -1;λex =360nm图5不同DNA 含量时DNA/CdS NPC 体系光电流-电位曲线Fig.5Photocurrent-potential curves of DNA/CdSNPC with different DNA concentrations(a)without DNA,(b)c DNA =5mg ·L -1,(c)c DNA =10mg ·L -1,(d)c DNA =20mg ·L -1;λ=400nm图6不同DNA 含量时DNA/CdS NPC 体系光电流谱Fig.6Photocurrent spectra of DNA/CdS NPC withdifferent DNA concentrationsinset A and inset B:dependency of peak photocurrent on DNA concentrations;(a)without DNA,(b)c DNA =5mg ·L -1,(c)c DNA =10mg ·L -1,(d)c DNA =20mg ·L -1;E app =200mV752No.5陈巧琳等：DNA/CdS 纳米粒子复合体系的光谱和光电化学性质合成的空白CdS NPs 与DNA/CdS NPC 体系均存在表面态.复合体系存在较大量的表面态的结果也得到了荧光实验的证实.CdS 的荧光主要包括两种类型[18],一种是带边复合发射,波长较短,峰位于470nm 左右;另一种是由中间能级产生的表面态复合发射,波长较之带边发射红移,约在540nm 左右.本实验中荧光发射主要为表面态发射.dsDNA 和ssDNA 对CdS NPs 的荧光均有增强效应,且荧光强度会随dsDNA 或ssDNA 量的增加而增强,但dsDNA 和ssDNA 的影响不太相同.我们认为,荧光增强原因有两方面,一方面,以DNA 为模板兼稳定剂生成CdS 纳米粒子时,CdS 利用Cd 2+和DNA 链上带负电的磷酸基团连接,用焦磷酸钠作稳定剂时,CdS 粒子是整个被焦磷酸根包覆,二者结晶形成过程及纳米晶所处的化学微环境不同,复合体系可能引进较多的表面态及体相缺陷,表面态复合发光谱带强度增强.另一方面,由于DNA 链的固定作用,使吸附的CdS NPs 排列的有序度提高,其相互碰撞的几率也小于溶液中自由游离的焦磷酸钠保护的CdS NPs,因此减少了因CdS NPs 相互碰撞导致的荧光猝灭.实验中发现,在0.5mmol ·L -1CdS 溶胶中,当DNA 含量达到200mg ·L -1时,可以不添加任何额外稳定剂(如焦磷酸钠),完全由DNA 承担模板和保护剂的工作.此时的荧光强度比单纯用焦磷酸钠保护的CdS 溶胶高了一个数量级.DNA 浓度在0-20mg ·L -1范围时,由于此时DNA 还不足以承载所有CdS NPs,即除了在DNA 链上的CdS NPs,体系里尚存在相当一部分“自由”CdS NPs (外层包覆焦磷酸根离子),则荧光效应来自这两部分CdS NPs 的共同贡献,随着DNA 的含量增大,DNA/CdS NPC 比例增大,此部分CdS NPs 由于具有更高的表面态密度,其发光效率更高,则总体CdS NPs 的荧光效应增强,这便可以解释荧光随着DNA 量增大而增大的现象.对于当DNA 浓度一致时,单链DNA 体系的荧光强度比双链DNA 体系高的现象,则认为是由于双链DNA 的三级结构与单链DNA 不同,双链DNA 上CdS NPs 堆积比单链DNA 紧密,这可以通过TEM 实验结果证实(图1),从而ssDNA 链上的CdS NPs 相互碰撞的几率低于dsDNA 上的,CdS NPs 相互碰撞导致荧光猝灭的强度次序为ssDNA/CdS NPs <dsDNA/CdS NPs <Na 4P 2O 7/CdS NPs.同时考虑表面态密度的影响,CdS NPs 的荧光强度次序应为ssDNA/CdS NPs >dsDNA/CdS NPs >Na 4P 2O 7/CdS NPs.图4显示当ssDNA 与dsDNA 含量均达到200mg ·L -1时,复合体系的荧光强度相差达到了六倍之多.3结论实验条件下复合体系中DNA 与CdS 粒子之间无化学键合作用,主要通过静电作用结合;DNA/CdS NPC 中DNA 模板不影响CdS NPs 的禁带宽度;在以单链和双链DNA 作为模板和稳定剂合成的DNA/CdS NPC 体系均具有较高的表面态,表面态对CdS NPs 的荧光发射有增强作用,却减弱了光电响应;DNA 浓度一致时,单链DNA/CdS NPC 体系的表面态密度高于双链DNA/CdS NPC 体系.DNA/CdS NPC 体系具有高的荧光强度与低光电响应,在用于体内荧光标记检测时可以降低高活性光生电子和空穴对细胞的损伤.此外,DNA 在复合体系中的含量对于荧光增强和光电流减弱具有不同程图7不同DNA 含量时DNA/CdS NPC 体系暂态光电流响应Fig.7Photocurrent transient of DNA/CdS NPC with different DNA concentrations(a)without DNA,(b)c DNA =5mg ·L -1,(c)c DNA =10mg ·L -1,(d)c DNA =20mg ·L -1;姿=400nm;E app =200mV753Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2008Vol.24度的影响,该性质在DNA的分析检测方面可能具有应用前景.References1Coffer,J.L.;Bigham,S.R.;Pinizzotto,R.F.;Yang,H.Nanotechnology, 1992,3:692Torimoto,T.;Yamashita,M.;Kuwabata,S.;Sakata,T.;Mori,H.;Yoneyama,H.J.Phys.Chem.B,1999,103:87993Jin,J.;Jiang,L.;Chen,X.;Yang,W.S.;Li,T.J.Chinese Journal of Chemistry,2003,21:2084Dittmer,W.U.;Simmel,F.C.Appl.Phys.Lett.,2004,85:6335Dong,L.Q.;Hollis,T.;Connolly,B.A.;Wright,N.G.;Horrocks,B.R.;Houlton,A.Adv.Mater.,2007,19:17486Willner,I.;Patolsky,F.;Wasserman,J.Angew.Chem.Int.Ed.,2001,40:18617Zhu,N.N.;Zhang,A.P.;He,P.G.;Fang,Y.Z.The Analyst,2003, 128:2608Xu,Y.;Cai,H.;He,P.G.;Fang,Y.Z.Electroanalysis,2004,16: 1509Katz,E.;Willner,I.;Wang,J.Electroanalysis,2004,16:19 10Wang,J.;Liu,G.D.;Polsky,R.;Merkoci,A.Electrochemistry Communications,2002,4:72211Chen,D.;Wang,G.;Li,J.H.J.Phys.Chem.C,2007,111:2351 12Bigham,S.R.;Coffer,J.L.Colloids Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects,1995,95:21113Salata,O.V.;Dobson,P.J.;Sabesan,S.;Hull,P.J.;Hutchison,J.L.Thin Solid Films,1996,288:23514Weller,H.Angew.Chem.Int.Ed.,1993,32(1):4115Weller,H.;Schmidt,H.M.;Fojtik,A.;Koch,U.;Baral,S.;Henglein,A.;Kunath,W.;Weiss,K.;Dieman,E.Chem.Phys.Lett.,1986,124(6):55716Liao,J.;Yu,B.;Cong,H.L.;Liu,H.W.;Cao,W.X.Modern Instruments,2007,3:32[廖杰,于冰,丛海林,刘虎威,曹维孝.现代仪器,2007,3:32]17Coffer,J.L.;Bigham,S.R.;Li,X.Appl.Phys.Lett.,1996,69(25):385118Premachandran,R.;Banerjee,S.;John,V.T.;McPherson,G.L.;Akkara,J.A.;Kaplan,D.L.Chem.Mater.,1997,9(6):1342754。
硫化镉光催化制备光催化技术是一种利用光能激发催化剂表面的电子，从而促进化学反应的方法。
在环境保护、能源开发和有机合成等领域得到了广泛应用。
硫化镉（CdS）是一种常用的光催化剂，具有优良的光电性能和光催化活性。
因此，研究硫化镉光催化制备方法对于进一步提高光催化效率具有重要意义。
硫化镉光催化制备方法主要包括溶液法、沉积法和气相法等。
其中，溶液法是最常用的制备方法之一。
溶液法制备硫化镉的步骤如下：首先，通过将适量的Cd（II）盐与硫化物在溶液中反应得到硫化镉沉淀；接着，将沉淀分离并用溶剂将其重悬，形成硫化镉溶液；最后，通过控制溶液的温度和pH值，使硫化镉沉淀重新结晶，得到所需的硫化镉光催化剂。
沉积法是另一种常用的硫化镉光催化制备方法。
该方法利用沉积技术将硫化镉颗粒沉积在二氧化钛或其他基底材料上，形成复合光催化剂。
沉积法制备硫化镉光催化剂的关键步骤包括：首先，制备硫化镉前驱体溶液；接着，将基底材料放置在硫化镉前驱体溶液中，在适当的条件下进行反应；最后，将基底材料从溶液中取出并进行洗涤和干燥处理，得到硫化镉光催化剂。
气相法是一种较为复杂的硫化镉光催化制备方法。
该方法通过将Cd （II）盐和硫源蒸发在高温下进行反应，形成硫化镉薄膜。
气相法制备硫化镉光催化剂的步骤如下：首先，将Cd（II）盐和硫源放置在加热炉中进行加热，使其蒸发并在反应管中进行反应；接着，调节反应管的温度和气氛，控制硫化镉薄膜的沉积速率和结构；最后，将反应管冷却并取出硫化镉薄膜，进行后续处理，得到硫化镉光催化剂。
硫化镉光催化制备方法的选择应根据具体需求和实际应用考虑。
溶液法制备简单、操作方便，适用于制备大量硫化镉光催化剂；沉积法制备的硫化镉光催化剂具有较高的光催化活性和稳定性，适用于制备复合光催化剂；气相法制备的硫化镉光催化剂具有较高的结晶度和光催化活性，适用于制备薄膜型光催化剂。
硫化镉光催化制备是一种重要的光催化制备方法。
通过选择合适的制备方法，可以获得具有优良光催化活性的硫化镉光催化剂。
二维材料光催化机制分析与光子器件设计光催化是一种利用光能将化学反应驱动的重要技术，通过光催化反应可以高效地转化太阳能为化学能。
在过去的几十年中，研究人员对各种光催化材料进行了广泛研究，其中包括二维材料。
二维材料具有独特的结构和优异的光电性能，因此成为光催化研究的热门领域之一。
本文将重点讨论二维材料在光催化中的机制分析和光子器件设计方面的进展。
首先，我们将分析二维材料在光催化反应中的作用机制。
然后，我们将讨论如何利用这些机制设计出高效的光子器件。
二维材料具有巨大的比表面积和丰富的表面活性位点，这使得它们在光催化反应中具有独特的优势。
一些典型的二维材料，如二硫化钼（MoS2）、氮化硼（BN）和氧化石墨烯（GO）等，被广泛应用于光催化反应。
这些材料具有调控带结构和能带间距的能力，可以有效地利用光能产生载流子对。
此外，二维材料在光催化反应中还能提供有效的光吸收和电子传输途径，从而提高反应效率。
在光催化反应中，二维材料的光电转换机制是实现高效转化光能的关键。
在可见光范围内，二维材料可以通过光激发产生电荷对，即光生载流子。
这些光生载流子的分离和传输是光催化反应的关键步骤。
通过在二维材料表面引入适当的离子，可以调控光生载流子的行为，如电子传输和复合过程。
此外，通过合理设计催化剂和载流子传输层，可以进一步增强光生载流子的分离和传输效率，提高光催化反应的效率。
在光子器件设计方面，光催化反应的具体应用需求需要选择合适的二维材料，并设计合适的器件结构。
例如，在水分解反应中，我们可以使用具有合适带隙和能带位置的二维材料作为光吸收层，并结合合适的还原催化剂和氧化催化剂构建光催化电池。
在有机合成反应中，我们可以选择具有特定化学活性的二维材料作为催化剂，通过光催化反应实现高效、选择性的化学转化。
为了进一步提高光催化材料的性能和效率，目前的研究重点主要集中在以下几个方面：1. 利用合适的表面修饰和复合处理手段，提高二维材料的光吸收性能和光生载流子的分离效率；2. 通过调控二维材料的纳米结构和形貌，实现更高效的光催化反应；3. 开发新的二维材料和光催化催化剂，以提高光催化反应的选择性和稳定性；4. 基于理论计算和模拟方法，深入理解二维材料的光催化机制，为光催化反应的设计提供理论指导。
可控形貌CdS的制备及光催化性能的研究可控形貌CdS的制备及光催化性能的研究引言：近年来，可控形貌半导体材料作为一种重要的功能材料，广泛应用于各个领域，尤其在能源转换和环境修复领域具有重要应用价值。
硫化镉（CdS）是一种常见的半导体材料，具有广泛的应用潜力。
然而，传统的CdS材料合成方法往往难以实现材料形貌的精确控制，从而限制了其在催化剂和光催化材料方面的应用。
因此，研究可控形貌CdS的制备方法及其光催化性能具有重要的理论和应用价值。
一、可控形貌CdS的制备方法常见的制备CdS材料的方法包括溶液法、氧化还原法、热分解法等。
其中，溶液法是最常用的方法之一，其具有简单、易于控制形貌等优点。
在溶液法中，常用的制备CdS的前驱体包括硫化铵、硫代乙二胺等。
通过调控反应条件，如温度、反应时间、溶剂种类等，可以实现对CdS形貌的控制。
例如，在低温下快速制备CdS纳米颗粒，需要使用较高浓度的前驱体以及适当的表面修饰剂。
二、可控形貌CdS的光催化性能研究CdS材料具有优异的光催化性能，在光催化降解有机污染物、水分解产氢等领域具有广泛的应用前景。
然而，CdS的光催化性能受到其形貌的影响。
因此，研究CdS形貌对其光催化性能的影响具有重要意义。
1. 形貌对光吸收性能的影响CdS的形貌决定了其吸收光的范围和强度，从而影响了光催化反应的效率。
以CdS纳米结构为例，具有大比表面积和高晶体缺陷密度，能够增加光吸收量，并提高电子-空穴对的产生率。
2. 形貌对光生载流子分离和传输的影响CdS的形貌也对光生载流子的分离和传输起到重要作用。
特定形貌的CdS能够提供较大的界面和通道，有利于光生载流子的分离和传输。
例如，具有多重空间异质结构的CdS可提供更多的光生电子-空穴对分离的界面，从而提高了光催化效率。
3. 形貌对光吸收与光催化活性的关系CdS的形貌对其光吸收性能和光催化活性之间存在一定的关联。
因此，通过控制CdS的形貌，可以实现对其光催化活性的调控。
mos2在光催化中存在的问题
二硫化钼（MoS2）是一种二维材料，具有优异的光电性能和催化活性。
在光催化中，MoS2可以作为光催化剂，用于分解水制氢、降解有机污染物等应用。
然而，MoS2在光催化中也存在一些问题：
1. 光吸收范围有限：MoS2的带隙宽度约为1.8 eV，只能吸收波长小于600 nm的光，限制了其在可见光区域的光催化活性。
2. 载流子复合快：MoS2中的电子-空穴对容易发生复合，导致光催化效率降低。
3. 稳定性差：MoS2在光催化过程中容易发生结构变化和氧化，影响其催化活性和稳定性。
4. 缺乏有效的电子传输路径：MoS2中的电子传输路径较短，电子和空穴的传输距离较远，导致电子-空穴对的有效分离困难。
5. 难以调控形貌和尺寸：MoS2的形貌和尺寸对其光催化性能有很大影响，但目前仍难以实现精确调控。
为了解决这些问题，研究人员正在通过合成方法的改进、表面修饰、异质结构设计等手段来提高MoS2在光催化中的性能。
界面SAMs层修饰对CdS量子点敏化ZnO纳米棒太阳能电池性能的影响量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)是兼具低成本和高理论转换效率的第三代太阳能电池之一。
但因量子点附着率低以及界面处电子–空穴复合率高,其光电转换效率始终低于染料敏化太阳能电池。
而光阳极表面修饰是解决上述问题,提高QDSSCs光电转换效率的有效手段之一。
本论文以CdS量子点敏化ZnO纳米棒QDSSCs太阳能电池为研究对象,选用适当的有机自组装分子层(SAMs)修饰ZnO纳米棒光阳极表面,研究其对Zn O光阳极光学性能和QDSSCs光伏性能的影响,并揭示其影响机制。
取得的创新性研究结果如下:首先,利用两步CBD法制备了一次生长和二次生长的ZnO纳米棒,并将其作为光阳极材料制作QDSSCs。
结果表明二次生长ZnO 纳米棒QDSSCs的光电转换效率比一次生长的提高了41%。
这是因为:二次生长使ZnO纳米棒的长度变长,衬底上单位面积ZnO纳米棒阵列的表面积增加,其表面上的CdS QDs的附载量相应增加,因而在同样的光照射条件下产生更多的光电子,短路电流密度增大,致使电池光电转换效率提高。
其次,用浸泡法在ZnO纳米棒的表面沉积3-PPA SAMs层,研究3-PPA溶液浓度和浸泡时间对QDSSCs光伏性能的影响。
当浸泡浓度为0.01M,浸泡时间为1min时,电池的能量转换效率最高(1.36%)。
这是因为:3-PPA层修饰有效钝化了ZnO纳米棒表面缺陷,抑制了电子–空穴的复合过程。
而紫外光电子能谱(UPS)证实3-PPA层在ZnO和CdS间形成能级势垒,有效阻碍电子的背向过程。
再次,用含有相同膦酸头基、不同尾基的SAMs层(3-PPA、BPA、APPA)修饰ZnO纳米棒光阳极。
结果表明3-PPA可以有效提高电池效率至1.41%,而BPA和APPA修饰则导致电池效率降低。
这是因为三种SAMs层的尾基不同,3-PPA的尾基是-COOH,BPA和APPA的尾基分别是-CH3和-NH2。
CdS三元复合材料的制备及光催化性能研究CdS是一种具有广泛应用潜力的半导体材料，它在光催化领域中显示出了出色的性能。
然而，CdS本身存在着光稳定性差、光热分解等问题，这限制了其在实际应用中的发展。
针对这一问题，研究者们将CdS与其他材料进行复合，以期提高其光催化性能。
本文将详细介绍CdS三元复合材料的制备方法以及其在光催化性能研究中的应用。
首先，制备CdS三元复合材料需要选择合适的辅助材料。
常见的选择包括二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）等。
这些材料具有良好的光催化性能，并能与CdS形成良好的协同效应。
制备过程中，一种常用的方法是溶液法。
例如，可以将CdS前体与辅助材料的溶液混合，经过沉淀、过滤、洗涤等步骤，最后得到CdS三元复合材料。
CdS三元复合材料的光催化性能研究主要集中在降解有机污染物方面。
通过一系列实验以及光催化反应动力学分析，研究人员发现，CdS三元复合材料对有机污染物具有良好的降解效果。
以苯酚为例，通过紫外光照射下，在CdS三元复合材料的作用下，苯酚的降解率显著提高。
CdS三元复合材料的光催化性能研究还涉及多种参数的优化。
其中，CdS的掺杂是一种有效的提高光催化活性的方法。
研究人员发现，过渡金属的掺杂能提高CdS的导电性，增强光生电子-空穴对的分离效果，从而提高光催化反应的效率。
此外，材料的形貌、晶相、比表面积等因素也关系到光催化性能的提高。
通过控制这些参数的优化，可以最大限度地提高CdS三元复合材料的光催化性能。
此外，研究人员还发现，CdS三元复合材料在可见光区域也呈现出一定的光催化活性。
这种宽光谱催化性能对于可见光催化降解有机污染物具有重要意义，因为可见光辐射在实际应用中更加广泛。
总之，CdS三元复合材料的制备及光催化性能研究有着重要的科学意义和应用价值。
通过选择合适的辅助材料、优化制备工艺和控制材料结构等方式，可以进一步提高CdS三元复合材料的光催化性能，推动其在环境污染治理等领域的实际应用综上所述，研究人员通过实验和光催化反应动力学分析，发现CdS三元复合材料在降解有机污染物方面具有良好的效果。
CdS纳米复合材料的光催化性能研究CdS纳米复合材料的光催化性能研究近年来，光催化技术作为一种可持续、高效、环保的方法，被广泛应用于环境污染治理、能源转化和有机合成等领域。
其中，半导体纳米材料因其独特的光电性能而备受关注。
CdS作为一种II-VI族的窄能隙半导体材料，其在光催化领域的应用潜力巨大。
本文重点研究了CdS纳米复合材料在光催化反应中的性能，并探索了其在环境净化和能源转化方面的应用前景。
首先，本文采用溶剂热法制备了不同形貌的CdS纳米材料。
通过调控反应条件和添加不同的表面活性剂，成功合成了CdS纳米材料的不同形貌，包括纳米颗粒、纳米线、纳米片等。
在此基础上，本文采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品形貌进行了表征。
结果表明，所制备的CdS纳米材料形貌均匀，纳米颗粒尺寸小且分散性良好，纳米线和纳米片的长度和宽度也能够控制在纳米尺度范围内。
接下来，本文对所制备的CdS纳米材料进行了光催化性能研究。
首先，利用紫外可见分光光度计对CdS纳米材料的光吸收性能进行了测试。
结果显示，在可见光区域CdS纳米材料具有较高的吸收强度，表明其对可见光具有良好的响应能力。
随后，本文采用罗丹明 B (RhB) 这种有机染料作为模型污染物，通过光催化降解实验来评估CdS纳米材料的光催化活性。
实验结果显示，CdS纳米材料对RhB的降解效果较好，具有较高的降解率和较短的降解时间。
为进一步提高CdS纳米材料的光催化活性，本文将其与其他材料进行复合。
首先，本文将CdS与TiO2进行复合制备了CdS/TiO2复合材料。
实验结果显示，CdS/TiO2复合材料具有更高的光催化活性和降解效率，相比于单纯的CdS纳米材料，其光催化降解效果得到了明显的提升。
此外，本文还将CdS与石墨烯进行复合制备了CdS/石墨烯复合材料。
通过对其光催化降解性能的测试，发现CdS/石墨烯复合材料具有更高的光催化活性和更快的降解速率。
收稿日期:1998-10-12.第一作者:张顺利,男,1954年生,副教授.联系人:金振声.T el:(0378)2852533.ÛO -2在CdS 表面复合氧化物层中的积聚及其对Pt/CdS(T)光催化活性的影响张顺利1金振声1,2冯良波2陈正石2薛锦珍2李庆霖1,2(1河南大学润滑与功能材料实验室,开封475001;2中国科学院兰州化学物理研究所,兰州730000)提 要 Pt/CdS 经短时间高温空气处理后,CdS 表面覆盖有一层氧化物(CdO -Cd(OH)2);在储存过程中,表面层中的Cd(OH)2进一步与空气中的CO 2反应生成CdCO 3,并有ÛO -2在表面层中积累.ÛO -2可起e -CB 和h +VB 复合中心的作用,导致Pt/CdS(T )光催化活性的降低.关键词 铂,硫化镉,光催化脱氢,超氧负离子自由基,电子-空穴复合中心分类号 O643Pt/CdS 经短时间高温空气处理后(以下记为Pt/CdS(T)),CdS (T )表面生成氧化物层(CdO -Cd(OH)2),对提高Pt/CdS 的光催化脱氢活性起着重要作用[1,2].光照悬浮在乙醇水溶液中的Pt/CdS(T ),由n 型半导体CdS 产生的高能量电子(e -CB )可使H +还原,在Pt 的催化作用下生成H 2:H ++e -CBPt 0[ÛH ]0.5H 2(1)由n 型半导体CdO 层产生的高能量空穴(h +VB )可使OH -氧化为ÛO H,诱发以下反应:OH -+h +VBÛO H (2)ÛO H +CH 3CH 2OHCH 3ÛC HOH +H 2OCH 3CHO +H ++e -(3)反应(1)~(3)在表面协同进行,实现乙醇在Pt/CdS(T)上的光催化脱氢[3~6]:CH 3CH 2OHh M (Vis)Pt/CdS(T)CH 3CH O+H 2(4)选择合适的处理条件,可以获得很高初活性的Pt/CdS(T).但在空气中存放约两年后,其活性可丧失约90%,这一现象迄今尚未见有报道.这是由于ÛO -2在Pt/CdS(T )的表面层内积聚所致.1 实验部分CdS(T)和Pt/CdS(T )的制备、可见光催化实验及反应产物的分析均见文献[3,5].XPS 在PH I -550型多功能谱仪上测定,以S 2-的S2p (16118eV)为标准进行标定,误差为013eV;Ar 离子溅射亦在PH I -550上完成.ESR 谱在Varian E -115型谱仪上测得.仪器操作于100kHz,微波功率5mW.以DPPH 的g 值为210036和ZnS #M n2+第3、第4两条谱线间距离为6181mT 作为标准,求得试样的ESR 参数.CdS(T)闪脱产物的分析在美国Finnig an -MAT 700型离子阱检测器(ITD)上完成.最小检测量为100pg [7].CdS 规格见文献[1],H 2PtCl 6#6H 2O 为分析纯试剂.第20卷第3期催 化 学 报1999年5月V ol.20N o.3Chinese Journal of CatalysisM ay 1999图1 CdS (T)表面组成与处理温度的关系Fig 1 Dependence o f CdS(T )surface compositionon treatment temper atures(1)RT ,(2)70e ,(3)170e ,(4)320e ,(5)420e ,(6)470e2 结果与讨论2.1 CdS 表面的氧化物层 CdS 表面在室温空气中即可被氧化[8,9].随着处理温度的提高,表面氧化加速,高于320e 时有S 6+生成(图1).对470e 空气处理的样品进行Ar +离子溅射,结果表明:S 6+处于表面层的最外部,溅射5min 后,信号即消失(图2(a));随着溅射时间的延长,OH -的信号不断减弱,新出现的O 2-的信号则不断增强(图2(b));表面氧原子的相对浓度随溅射时间的延长而降低,开始下降迅速,10min 后变缓(图略).这些结果表明,CdS 经高温空气处理后,表面发生如下变化:CdS +(3/2)O 2CdO+SO 2H 2OCd(OH)2(5)CdS +2O 2CdSO 4(6)图2 CdS(T )表面组成与溅射时间的关系Fig 2 Dependence of CdS(T )(treated at 470e )surface composit ion on sputter ing time(1)0min,(2)5min,(3)10min,(4)15min,(5)40minCdSO 4易溶于水,洗涤后CdS 表面出现Cd -(OH)2氧化层.未经处理的Pt/CdS,其光催化脱氢活性极低[3].改变空气处理的温度和时间,CdS(T)的表面组成和结构随之变化[2,10],从而可制得具有不同光催化活性的Pt/CdS(T).当处理条件适当时,催化剂活性可出现最佳值,处理温度过高或高温处理时间过长,均不利.Pt/CdS(T)在室温空气中储存时,其催化活性会不断降低.2.2 ESR 谱的变化 我们偶然发现,经520e 空气处理5min 的样品CdS(T),在干燥空气中储存两年后产生了g 值为2.0034的强ESR 峰(图3(1)),而储存在瓶中的原料CdS 和虽经520e 空气处理5min,但尚未在空气中储存的样品CdS(T),仅出现弱的ESR 信号(图3(2),(3)).说明经高温空气处理过的样品CdS(T ),储存过程中有新的自由基物种在表面层内生成.为了确定g =210034峰所代表的物种,对图3(1)样品进行了Ar +离子溅射和XPS 分析(图4).当溅射时间为6,8和10min 时,O1s 峰出现明显的不对称,解叠结果说明在CdS(T )334催 化 学 报20卷的表面氧化层中有ÛO -2存在(图略).这无疑表明图3(1)的强峰为超氧负离子ÛO -2的信号,其g 值与文献值[11]基本一致.图3 CdS 样品的ESR 谱F ig 3 ESR spectra of CdS samples(1)CdS(T )(treated at 520e for 5min)stored in air for 2a,(2)Raw CdS,(3)CdS(T )(treat -ed at 520e for 5min)unstored图4 图3(1)中样品的XPS 谱Fig 4 XP S profiles of the sample (1)in Fig 3fordifferent sputter ing time(1)0.5min,(2) 1.5min,(3)2.5min,(4)4min,(5)6min,(6)8min,(7)10min图5 图3中样品(1)的闪脱F ig 5 Flash desorption of Sample (1)in Fig 3(1)Dependence of IT D signal intensity of O 2on t ime (2)Dependence of IT D signal intensity of CO 2on ti me (3)T emperature~t ime inside the reaction tube图6 图3中样品(1)的ESR 谱F ig 6 ESR spectra of Sample (1)in F ig 3(1)Before flash desorption (45.1@1016g -1)(2)After flash desorptio n (11.4@1016g -1)2.3 ÛO -2在表面层中的部位 在CdS 吸附水的研究中,我们曾发现,长期储存的CdS(T)样品表面有CdCO 3#x H 2O 生成[9]:Cd(OH)2+CO 2CdCO 3+H 2O (7)对此样品进行600e 闪脱及对产物进行连续的ITD 检测,结果进一步证实了这一结论(图5),图5(2)中峰I 为CO 2的脱附峰,峰Ò为CdCO 3分解释放出CO 2的峰.从图5(1)可看出,O 2只有一个峰,峰温值和图5(2)中的峰Ò相对应,暗示ÛO -2是包结在Cd(OH)2-CdCO 3复合层中,因而与CdCO 3的分解产物CO 2同步释出(Cd(OH )2,CdCO 3和CdO 的常压分解温度分别为300,500和800e )[12].闪脱后的CdS(T )样品,其ESR 谱峰强度大大降低,O 2的自旋密度值由4511@1016g -1降为1114@1016g -1(图6).3353期张顺利等:ÛO -2在CdS 表面复合氧化物层中的积聚及其对Pt/CdS(T )光催化活性的影响由于ÛO -2的氧化-还原电位(V (ÛO -2/O 2))为-0115V,半导体的导带电位必须低于-0115V,方能使O 2进行离子吸附形成ÛO -2.CdS 的导带电位V CB =-0175V,可满足这一要求,而CdO 的导带电位V CB =0129V,不满足这一条件[3].CdS 的导带电子对处于Cd(OH)2-CdCO 3复合层中的O 2进行还原时,必须穿过包覆在其表面的CdO 层(表面氧化物层对CdS 的进一步氧化起保护作用[9]).ÛO -2在CdS(T)表面层中的位置如图7所示.图7 CdS(T)颗粒的表面层结构及其电位示意图F ig 7 Diag rams of surface -lay er structure of CdS(T )particle and its potential(a)Surface -layer structure(b)Potential图8 催化剂A(Pt/CdS(T ))的光催化脱氢活性F ig 8 A ctivity of catalyst A (Pt/CdS(T ))forphotocatalytic dehydrogenation of EtOH (1)Fresh,(2)Stor ed in air for 2a,(3)T hen r etreated in N 2at 300e for 12h图9 催化剂A(Pt/CdS(T ))的ESR 谱Fig 9 ESR spectra o f catalyst A(Pt/CdS(T ))(1)F resh,(2)Stored in air for 2a,(3)T hen retreated in N 2at 300e for 12h表1 催化剂B(Pt/CdS(T))在Ar 气流中处理后的变化T able 1 Chang e of catalyst B (Pt/CdS(T ))treatedin Ar flowCatalyst B FreshStored in airfor 1a T hen treated in Ar 300e ,12h 520e ,1.5h r (H 2)/(L mol/h))8.19.80.8h ESR /cmw eak18.815.32.5w (Pt)=0.5%,m (Pt /CdS(T ))=30mg,V (EtOH )/V (H 2O)=50%,pH=3,Xe lamp (w ith K 2CrO 4s o -lution for filtering U V),t =4.5h2.4 Pt/CdS(T)的失活 Pt/CdS(T )的失活与CdS(T)表面复合氧化层内存在的ÛO -2有着密切的联系.图8结果表明,新鲜催化剂A 的初活性为48L mol/h(以光催化乙醇产H 2的速度r (H 2)表示),在干燥器中存放两年后下降为512L mol/h,并出现强ÛO -2的ESR 峰;再在300e 高纯N 2气流中处理12h 后,r (H 2)又增至615L mol/h.相应地,图9中ÛO -2的ESR 信号强度降低约20%(以峰高计算).表1中催化剂B 虽未测初活性,但储存一年后的r (H 2)为811L mol/h,再在300e 高纯Ar 气流中处理12h 后,r (H 2)增至918L mol/h.相应地,ÛO -2的ESR 信号强度降低约19%.采用300e 处理,CdS 表面复合物层不能完全分解,故ÛO -2不可能完全释出.若将催化剂B 在520e 的Ar 气流中处理115h,虽ÛO -2的ESR 信号强度降低达80%以上,但活性变得更差(r (H 2)=018L mol/h).这表明在高温下,随着表面复合氧化物层的完全分解,释出的ÛO -2又与CdS 表面发生进一步反应,破坏了表面的合理结构.醇光催化脱氢是通过光生载流子(e -CB 和h +VB )转移到催化剂表面,与反应物种进行还原和氧化反应而完成的336催 化 学 报20卷(见式(1)~(3)).因此,凡能导致表面光生载流子浓度降低的因素,都将使光催化剂活性变差.可以认为,积聚在表面复合氧化物层中的ÛO -2,在光生载流子转移过程中,成为e --h +复合中心(recombination center):ÛO -2(a)h +VB e -C BO 2(a)(8)从而使光生载流子在式(8)中被消耗,导致催化活性下降.这就是Pt/CdS(T)在空气中储存时活性降低的基本原因.综上所述,Pt/CdS(T)在空气中储存时,伴随着表面发生的Cd(OH )2+CO 2CdCO 3+H 2O 反应,ÛO -2在表面层内积聚.在光催化反应过程中,ÛO -2起到光生载流子复合中心的作用,从而导致Pt/CdS(T)光催化脱氢活性的降低.参考文献1 Jin Zhensheng ,L i Qinglin,Xi Chanjuan et al.A pp l Surf Sci ,1988,32(1/2):2182 Chen Zhengshi,Zhang Huqiang,Jin Zhensheng.A p p l Surf Sci ,1989,37(3):2593 Jin Zhensheng ,L i Qinglin,Feng Liangbo et al.J M ol Catal ,1989,50(3):3154 Feng Liangbo ,Wang Hanqing,Jin Zhensheng et al.J Photochem Photobiol A ,1991,56(1):895 王川平,金振声,李庆霖等.催化学报,1990,11(4):2986 Jin Zhensheng ,L i Qinglin,Zheng Xinhua et al.J Photochem Photobiol A ,1993,71(1):857 薛锦珍,王家玺,沈师孔.分析测试技术与仪器,1993,(2):508 M orrison S R.T he Chemical Physics of Surfaces.New Y ork:Plenum Press,19779 陈正石,李庆霖,金振声.中国科学(B 辑),1996,26(4):36410 郑新华,张兵,李庆霖等.分子催化,1991,5(4):34011 L unsford J H.Catal Rev ,1973,8(1):13512 Weast R C.CRC Handboo k of Chemistry and P hysics.Boca Raton:CRC Press,1986A CC U MULA TION OF ÛO -2IN SURFA C E C OMPOSITE OX IDE LAY ER OF C dS (T)AND ITS EFFEC T ON PHOTOCATALYTIC ACTIVITY OF Pt/CdS(T)Zhang Shunli 1,Jin Zhensheng 1,2,Feng Liangbo 2,Chen Zhengshi 2,Xue Jinzhen 2,Li Qinglin 1,2(1L abor atory of L ubr ication and Functional M ater ials ,H enan Univer sity ,K aif eng 475001;2Lanz hou I nstitute of Chemical Physics,T he Chinese A cademy of Sciences ,Lanz hou,730000)Abstract After high -temperature air treatment for a short time,a layer of oxide CdO -Cd(OH)2w as formed on the surface of CdS(T).Stored in air ambience,the Cd(OH)2in the surface layer reacts further w ith CO 2to produce CdCO 3#x H 2O and the accumulation of ÛO -2in the surface layer takes place.The ÛO -2can play the role ofrecombination center for photogenerated e -and h +,leadint to the decrease of the photocatalytic activity of Pt/CdS(T).Key words platinum,cadmium sulfide,photocatalytic dehydrogenat ion,superoxide ion free radical,recombination center for electron -hole(Ed WGZh)3373期张顺利等:ÛO -2在CdS 表面复合氧化物层中的积聚及其对Pt/CdS(T )光催化活性的影响。
苯酚类化合物在超微粒表面光解自由基的研究
王海;陈德文
【期刊名称】《物理化学学报》
【年(卷),期】1994(010)007
【摘要】研究了苯酚及其衍生物在超细微粒二氧化钛表面的光诱导电子转移和光化学反应过程。
结果表明，在碱性条件下，苯酚类化合物较易于光降解，所生成的主要自由基为氢原子和苯氧基，体系中的羟基来源于超氧负离子基，而并非经由氢氧根ＨＯˉ失去电子后转变为ＨＯ·。
文中对于光诱导电子转移及有关光反应机理进行了分析讨论。
【总页数】7页(P597-603)
【作者】王海;陈德文
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】O625.312
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%The changes of binding energies for O1 s and Ti2p in codoping titanium dioxides were analyzed using X - ray photoelectron spectroscopy （XPS）. The binding energy difference A （O -Ti） was calculated by a set of available ex- perimental data on the binding energies of Ti2p3/2 and O1 s core levels and the reasons were summarized. The data presen- ted that the a （O -Ti）was in range of 71.2 -71.5 eV, and was larger than that of pure TiO2. The results showed that the visible light photocatalytic performances were enhanced with enhancing of a （O -Ti）.【总页数】3页(P115-117)【作者】陈淑敏;曹广连;袁志勇;曹广秀【作者单位】商丘师范学院化学化工学院,河南商丘476000;上海现代哈森（商丘）药业有限公司,河南商丘476000;商丘师范学院化学化工学院,河南商丘476000;商丘师范学院化学化工学院,河南商丘476000【正文语种】中文【中图分类】O614.411【相关文献】1.Cu、N共掺杂纳米TiO_2制备及光催化活性研究 [J], 宋开玺;周家宏;吕英英;黄鹤勇;冯玉英2.钆铁硫共掺杂TiO_2/CF光催化材料的制备及其可见光活性研究 [J], 庞邦永;傅雅琴3.多孔硫、氮共掺杂TiO_2的制备及连续流动可见光光催化活性 [J], 曹广秀;曹广连;仇晓阳4.自燃烧法合成氮、铁共掺杂TiO_2及其可见光光催化活性 [J], 陈淑敏;曹广连;曹广秀5.N、Nd共掺杂TiO_2纳米材料的制备及可见光光催化性能研究 [J], 田景芝;王美霖;郑永杰;荆涛;王丽丽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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硫化镉光催化硫化镉光催化是一种利用硫化镉（CdS）半导体材料进行光催化反应的技术，它利用光能激发半导体中的电子，进而促进反应过程的发生。
这种技术具有多种应用，例如水的光解制氢、污染物降解和光异构化等领域。
硫化镉是一种广泛应用的半导体材料，具有优异的光学特性和电学特性，因此被广泛应用于光电子学、光催化和光伏等领域。
在硫化镉光催化中，光能被吸收并激发电子，激发的电子与硫化镉表面吸附的氧、水分子等发生反应，从而促进反应的发生。
硫化镉光催化的反应机理非常复杂，包括电子传递、空穴传递、表面吸附、电子-空穴重组等过程。
硫化镉光催化的应用非常广泛。
例如，利用硫化镉光催化可以将水分子光解成氢和氧气，生成的氢气可以作为一种清洁的能源来源。
此外，硫化镉光催化还可以用于降解污染物，例如有机污染物、无机污染物和重金属离子等。
光催化降解污染物是一种绿色的、高效的污染治理技术，已经受到了广泛的关注。
硫化镉光催化还可以用于光异构化反应，这是一种重要的化学反应。
光异构化是分子在光照下发生构形变化的过程，是光化学领域的一个重要分支。
利用硫化镉光催化可以实现光异构化反应的快速、高效、选择性和环境友好的催化。
在硫化镉光催化中，硫化镉的晶体结构、表面形貌和光学特性等因素对光催化性能有着重要的影响。
因此，对硫化镉光催化材料的设计和制备非常关键。
目前，已经开发出了许多不同形状和尺寸的硫化镉纳米材料，例如球形、棒状、片状等结构，这些纳米材料具有较大的比表面积和光吸收能力，因此具有优异的光催化性能。
总之，硫化镉光催化是一种非常有前途的技术，可以用于制备清洁能源、治理环境污染和实现光化学反应等领域。
随着对硫化镉光催化材料的设计和制备技术的不断发展，相信硫化镉光催化技术将会得到更加广泛的应用和推广。
