纳米人-Adv Mater: CNT/CdS复合材料用于高效红外光催化光热水分解

Adv Mater: CNT/CdS复合材料用于高效红外光催化光热水分解

纳米技术纳米 2020-03-26

红外光在自然光中占据了50 %的量，在光催化反应中，红外光长久以来一直被忽略。这是因为红外光激发的光生载流子通常体现出比较强的pyroelectric（热电）效应，光催化反应活性较弱。南京工业大学寇佳慧和陆春华、东南大学赵远锦、南京大学合作设计了一种新型半浸式（semi-immersion type）收集热的光催化反应超细纤维系统（microfiber system）。这种催化剂体系由聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯（poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluropropylene (PVDF‐HFP)），碳纳米管（CNT）光热材料，CdS光催化剂三组分构成，这种复合结构实现了改善红外光中的光催化分解水活性。通过瞬态光电流、电化学阻抗谱、时间分辨荧光谱、热电谱对材料的进行表征，并测试了不同组成的复合材料红外光光催化分解水性能进行表征。

本文要点：

（1）制备了复合结构的PVDF-HFP/CNT/CdS催化剂，XRD测试显示了β相PVDF-HFP，立方相的CdS和（002）晶面的CNT。对复合结构材料的UVVIS进行了测试，250~800 nm范围内体现连续光吸收，在>800 nm以上的近红外区间展现80 %以上的光吸收，说明材料的光热效应较高。材料在550 nm附近展现了吸收峰，代表了CdS的光吸收。通过TEM对CdS、CNT的结构进行表征。通过压电显微镜（Piezoelectric force microscopy (PFM)）对材料的铁电性能进行表征。复合结构材料的铁电性能比未加入CNT的材料更高，说明CNT能有效的改善材料的铁电性能（这是由于CNT的优良导电性导致）。

（2）通过在PVDFHFP/CNT/CdS上负载Pt，随后对材料的红外光催化分解水性能进行表征。调节CNT的含量（0~10 %），发现在CNT加入含量为5 %时，材料的分解水活性最高。对复合结构催化剂的量子效率进行表征，发现5 %CNT的催化剂量子效率最高（16.9 %），体现了1.03 × 103 µmol g⁻¹ h⁻¹的催化效率。