Cu2ZnSnS4(CZTS)納米復合材料的制備及其光電催化性能研究.pdf

1、當前，化石能源的日益枯竭以及因其帶來的環境問題的日益嚴重迫使人們開始思考改變能量轉換方式，開發綠色清潔能源技術。太陽能因為其獨有的特點而受到人們的關注，比如利用光電催化把太陽能轉化為可儲存的化學能。因此，利用光電催化分解水制取氫氣，并進一步通過燃料電池將制取的氫氣轉換為電能，成為一條全新的能源清潔利用途徑。氫氣作為氫能領域的基礎，其生產與利用涉及的電解水與燃料電池研究自然成為了世人關注的焦點。而無論是制氫還是燃料電池電極反應，其好壞都取

2、決于所采用的光電催化材料的性能。
　　Cu2ZnSnS4(CZTS)納米晶是一種新型光電催化材料，在光伏及產氫方面都有很好的催化性能，但是并沒有人研究過它的電催化氧還原性能，基于此，本論文從材料結構設計出發，我們以CZTS納米晶為基底合成了不同的CZTS基納米復合材料，并分別測試了材料的光電催化性能，主要研究內容如下:
　　(1)以CZTS納米晶為基底，采用離子交換法合成了不同組分比率的CZTS-Ag2S納米異質結，對CZT

3、S與Ag2S界面處的晶體生長作了研究?？疾炝似湓谀M太陽光源的三電極體系中的光電催化活性。實驗表明，在0.5Vvs.RHE時，CZTS-Ag2S的光電流可達0.58mA·cm-2，是純的CZTS光電流(0.06mA·cm-2)的將近10倍，極大的提高了CZTS的光電催化活性。我們通過實驗從能帶結構對各物質光電催化活性的差異做了解釋。CZTS-Ag2Sp-n異質結構在一定程度上抑制了光生電子-空穴的復合，提高了其分離效率，進一步提升了其光

4、電催化活性。
　　(2)為了探究CZTS納米材料是否具有電催化氧還原活性，我們采用膠體法合成了Kesterite相（硫銅鋅錫礦晶型）以及Wurtzite相（纖鋅礦晶型）的CZTS納米晶，并將其負載于多孔碳上，制備了Kesterite相以及Wurtzite相CZTS/C復合材料，并測試了其在堿性電解液中的電催化氧還原性能。實驗表明CZTS/C復合材料具有明顯的電催化氧還原性能，轉移電子數在3.60-4.15之間，而且Kesterit

5、e相CZTS/C復合材料的電催化性能略優于Wurtzite相CZTS/C復合材料，甚至具有比商業化Pt/C更好的穩定性以及抗甲醇干擾能力。在恒電位持續工作了40000s的時間后，Kesterite相CZTS/C修飾電極的催化性能降到了90％左右，而Pt/C修飾電極的催化性能降到了72％左右;加入甲醇后，Kesterite相CZTS/C修飾電極的催化性能幾乎不受影響，而Pt/C修飾電極的催化性能降到了80％左右。通過實驗以及第一性原理計算