2+掺杂对Cd1摘要：采用共沉淀法制备了Pb2+掺杂的Cd0.2Zn0.8S及Cd0.8Zn0.2S固溶体光催化剂，实验结果表明，pb2+掺杂的宽带隙固溶体Cd0.2Zn0.8S在6s轨道与固溶体的价带杂化后提升了价带位置，降低了半导体的带隙，因而提高了产氢活性，当Pb2+掺杂窄带隙固溶体Cd0.8Zn0.2S后，形成固溶体价带附近的杂质能级，并成为光生电子空穴复合中心，因而不能提高产氢性能，因此，pb2+对半导体的可见光改性仅适用于较宽带隙的半导体。关键词：固溶体；先催化剂；产氢：TQ426.64文献标志码：A：0253-987X(2008)01-0110-04光催化分解水制氢，是将取之不尽、用之不竭的太阳能转化为高效清洁的氢能的过程，因此引起了能源和环境工作者的广泛兴趣，为了提高太阳能的转化效率，需要设计可以在占太阳能光谱43％的可见光下高效稳定地产氢的光催化剂。Kim等人通过一系列的实验结果证明，采用Pb2+部分或者全部取代层状钙钛矿结构半导体中的金属离子后，只有紫外光活性的半导体得到了可见光活性，例如CaBi4Ti4O15、K0.5La0.5Ca1.5Nb3O10和St3Ti2O7.Xie等人用Pb2+掺杂Bi2O3得到的PbBi2O3在3h内降解罗丹明(RhodamineB)的效率从25.7％提高到65％，Kim等人采用高温固相反应合成了单相的新型光催化剂PbBi2Nb2O9，带隙宽度为2.88eV，计算的能带结构分布显示导带和价带分别由Nb4d和O2p轨道组成，后者杂化了Bi的6s和Pb的6s轨道，从而提升了价带的位置，与无Pb和B1的化合物相比较则却缩小了带隙。该催化剂的(Bi2O2)2+(PbNb2O7)2-结构有助于载流子的迁移分离，表现出较高的催化活性，光解水和降解异丙醇活性均超过TiO2-xNx，RbPb2Nb3O10。也被报道有可见光照射下光催化产氢，的活性，Tsuji等人曾报道Pb2+掺杂ZnS后，因为Pb的6s轨道与ZnS的导带杂化，从而使得ZnS在不负载贵金属Pt时具有可见光活性。Cd1-xZns固溶体由于其带隙随组分改变而变化，因此在可见光下有光催化活性，本文对不同组分CA1-xZnxS固溶体的带隙及产氢性能进行了实验，采用不同含量的pb2+掺杂后得到不同带隙的Cd1-xZnxS固溶体，并研究了pb2+掺杂对不同带隙半导体产氢性能的影响规律。1实验部分1．1催化剂的制备及表征实验所用的试剂均为市售分析纯，使用时未经任何处理，pb2+掺杂Cd1-xZnxS催化剂的制备过程为：①将摩尔比的Cd(NO3)2?4H2O、Zn(NO3)2?6H2O和Pb(NO3)2溶解在100mL去离子水中，制备成透明的溶液；②称取过量的Na2S溶解在100mL的去离子水中，③强烈搅拌制备的混合溶液，同时将Na2S溶液滴加至混合溶液中(30滴/min)，常温下搅拌15h得到的沉淀用去离子水洗涤至无S后，在348K的高温下干燥8h；④在温度为623K的N2中进行处理后得到目标产物。催化剂的X射线衍射(XRD)图谱在PANalyti－cal公司的X’pertMPDProX射线衍射仪上完成(Cu靶的电压为40kV，电流为40mA)，在HITA-CHIU-4100型分光光度计上进行紫外一可见漫反射光谱分析(UV-Vis)。1．2光催化分解水的性能评价可见光照射下的光解水产氢实验在外置Pyrex反应瓶中进行，以350w氙灯作为外置式光源，可见光反应时用滤光片过滤掉波长λ＜420nm的部分光，反应中催化剂的用量为0.2g，采用200mL0.2mol/L的Na2S和0.06mol/L的Na2SO3混合溶液作为牺牲剂体系，反应前，通N220min以排除反应瓶中的空气和氧气，取反应过程生成的气体100uL在北京北分瑞利公司SP2100气相色谱仪(C18柱，N2作为载气，热导监测器)上进行定量检测。催化剂在420nm处的量子效率计算参见文献[14]。2结果与讨论2．1催化剂的表征从图1中可以发现，pb2+掺杂的宽带隙Cd0.2Zn0.8S系列固溶体以纤维锌矿结构存在，随着pb2+掺杂量的增加，催化剂的衍射峰变宽，结晶程度有一定的降低，但除了x(pb2+)=0.011时有微弱的PbS衍射峰外，其余催化剂没有出现PbS的杂质峰，说明pb2+成功掺杂且进入Cd0.2Zn0.2S品格中，替代部分点阵或者Zn和CA的空位，Cd0.2Zn0.789Pb0.011S有PbS衍射峰是由于Cd0.2Zn0.8S固溶体对pb2+掺杂量的限制，因此当达到这个上限时，pb2+就再不能掺杂进入固溶体了。图2是该系列光催化剂的紫外，可见吸收光谱，pb2+掺杂后，随着pb2+掺杂量的增加，Cd0.2Zn0.8S固溶体粉体的颜色依次由淡黄变为淡绿色，催化剂的吸收边相应地有不同程度的红移，这...