ZnIn2S4半导体光催化剂构筑及其可见光降解水中有机污染物研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，城市的飞速发展带动了制药、焦化、印染等行业的兴起，以及化石能源的消耗，产生了大量高浓度难降解的有机废水污染，这些废水中有害有毒的物质严重超标，如果不经处理将会对环境和人体造成不可逆转的伤害。鉴于水体环境中难降解有机物污染问题日趋严重，环境日益恶化，政府先后出台文件，旨在保护我国的水环境质量。安全落实水体环境中处理难降解有机物的计划，探究水中难降解有机物高效去除技术有意义重大。当今社会有很多工业废水处理的技术，其中光催化技术凭借降解速度快、可将污染物从环境中彻底去除等优点而从众多的水处理技术中脱颖而出。光催化技术具有清洁、高效、经济、低耗、无污染等优点，已在清洁能源、环境治理、有机物合成等众多领域被广泛应用，被认为是目前解决环境污染和能源危机最具潜力的技术之一，但是可见光吸收微弱、光致载流子复合和复合材料纳米粒脱落等缺陷仍未得到较好的改善，限制了其发展应用。

在可见光催化剂中，过渡金属硫化物因其独特的光电催化性能受到广泛的研究。新型三元过渡金属硫族化合物逐渐走进光催化领域研究者的视野。自 2003 年，Lei 等首次发现通过水热法合成的硫铟锌（ZnIn₂S₄）光催化剂在可见光下具有优异的光催化水分解制氢能力，至此，广大科研工作者将研究的目光转向ZnIn₂S₄基光催化剂。ZnIn₂S₄作为层状结构的三元硫属化合物是一种典型的可见光响应光催化剂，其直接带隙为 2.4-2.7 eV，间接带隙为 1.8-2.1 eV，合适的带隙结构赋予了其在可见光区域较强的响应。此外，与传统的二元硫属化合物相比，它具有较高的稳定性，因此在光催化反应中具有相当大的耐久性。并且，ZnIn₂S₄ 不含有毒金属离子，合成原料来源广泛，制备方法较其他三元硫属化合物更为简单。其具有三种不同的晶体形态，包括立方相、六方相和菱方相。

随着对 ZnIn₂S₄ 基材料的深入研究，发现单一的ZnIn₂S₄ 存在一些固有的局限性，如可见光吸收范围有限、载流子迁移能力差以及光生电子和空穴的快速复合等缺点都不尽人意。因此，这些缺点限制了ZnIn₂S₄ 光催化性能的进一步发展。近年来，为了克服这些缺点研究者们提出了一些有效地改性策略，如调控形貌和晶体结构，元素掺杂、缺陷工程和构筑半导体异质结结构等。

2. 研究内容和预期目标

本课题的研究内容包括以下几点：

1、以硝酸锌，硝酸铟及硫代乙酰胺为原料，通过水热法制备ZnIn₂S₄，进一步将其与g-C₃N₅复合，构筑ZnIn₂S₄/ g-C₃N₅复合材料；

2、对所制备材料进行形貌、结构表征；

3. 研究的方法与步骤

1、以硝酸锌，硝酸铟及硫代乙酰胺为原料，通过水热法制备ZnIn₂S₄，进一步将其与g-C₃N₅复合，构筑ZnIn₂S₄/ g-C₃N₅复合材料；

2、用XRD、SEM、TEM等对所制备材料进行形貌、结构表征；

4. 参考文献