在一份歷史記載中，Tokumaru 指出，photokatalyse 和 photokatalytisch 這兩個早期意為光催化的術語出現是在1910年俄羅斯人J.Plotnikow的光化學教科書中。1911年，Eibner在研究光照下氧化鋅對普魯士藍的漂白作用時，納入了光催化的概念。同年，Bruner和Kozak發表了一篇文章，討論了鈾酰鹽存在時，在光照條件下草酸的變質。1913 年，Landau 發表了一篇解釋光催化現象的文章。這些研究推動了光測量的發展，為確定光化學反應中的光子通量奠定了基礎。在短暫的光催化研究空白期后，Baly等1921年利用鐵氫氧化物和鈾鹽作為催化劑，在可見光下生成了甲醛。1938年，Goodeve 和Kitchener發現了二氧化鈦是一種穩定、無毒、在有氧條件下可以作為光敏劑漂白染料的材料，二氧化鈦吸收紫外光在其表面產生活性氧物種，再通過光致氧化作用與有機化合物反應。這實際上標志著觀察到多相光催化的基本特性。

      CdS 光催化劑的歷史可以追溯到 20世紀中葉。1955年，Stephens 等研究了許多光合成過氧化氫的固體催化劑，如 Cds、cdse、cdTe、zns、ZnTe、HgS、GaN、GazS3、Ga203、Se 等，結果發現 Cds 的催化高。由于不同的材料(如 GaN、CdSe 和Se 等)都可以催化過氧化氫的光合成，因此催化作用可能不是由特定的離子或離子空位引發，而是通過晶體的整體結構對能量的吸收和轉移來實現。這些材料的光電特性支持了 Baur提出的電解機制的主要步驟:晶體中光激電子的還原過程,值得注意的是，幾乎所有對照實驗中采用的催化劑都有形成纖鋅礦晶體結構的共同趨勢。Schleede也發現硫化鋅的光敏變暗是纖鋅礦結構的一種主要特性，因此，他們推測纖鋅礦結構在某些光學特性方面可能是特別的。此外，光電導率、光催化活性及相關現象可能與特定的品體結構有關，這種光電導率的大小取決于處理樣品的方式，因為固體的電子結構和導電性對雜質和制備方法非常敏感。這項研究表明，過氧化氫的光臺成能夠作為一種將太陽能轉化為化學能的儲存方式。

      1977年，Watanabe等0發現雖然羅丹明B水溶液在可見光下相當穩定,但當粉末狀Cds分散在羅丹明B溶液中時羅丹明B經歷了高效的光化學氮位脫乙基(N-deethylation)作用，并且伴隨著乙醛的形成。他們認為這種光化學反應主要是通過被吸附的染料分子的光吸收發生的，較小程度上是通過Cds的光激發發生的,而不是通過未被吸附的染料分子的光吸收發生的對氮位脫乙基作用的量子效率估計是0.46，這一數值遠遠大于當時報道的在純水溶液中進行相同光化學反應的量子效率。考慮到大多數氮位脫乙基作用發生在自由基陽離子形成之前，以及染料的低系統交叉概率，他們推測所觀察到的光化學反應應該來自從單線態激發的吸附染料轉移到Cds導帶的電子的作用。此外，他們總結了實驗所得到的三個結論:①羅丹明B在Cds上以吸附態經歷高效的光化學氮位脫乙基作用的同時產生了乙醛，而染料的均相溶液實際上是沒有光反應活性的;②氮位脫乙基作用在吸附染料的激發作用下的量子效率高于0.46，在Cds的激發作用下的量子效率為 0.03~0.04;③這個反應需要氧氣的存在。1981年，Darwent等[研究發現，Cds粉末通過電子犧牲給體[半胱氨酸和乙二胺四乙酸(EDTA)]對H0的還原具有光敏性，且鍍鉑的 CdS 產生H,的效率要比純CdS高出20倍。當光被CdS吸收后，電子從價帶躍遷到導帶，從而形成電子-空穴對，在有利的條件下，液體/半導體界面的能帶彎曲將分離電子和空穴。Cds導帶中的電子具有強還原性，在Pt催化劑存在的情況下能有效將水還原。然而，半胱氨酸和EDTA對Cds的穩定效果不明顯，失去電子后，半胱氨酸和 EDTA 會發生不可逆的動力學反應，阻止熱力學上的逆反應，表現為H,的生成速率隨時間延長而降低。在這個體系中，緩慢的日,生成速率可能會導致負電荷的積聚，并增加電荷重組的概率，但可以通過提高沉積在半導體表面的鉑的比例來避免。1988年，Eggins等在膠體Cds的存在下，用可見光對含有四甲基氯化銨的CO水溶液進行光催化，得到乙醛酸、甲酸、乙酸和乙醛。這是早期的基于 CdS 光催化劑的光催化 CO2,還原反應。

      2006年，Tada等報道了以 CdS/Au/TiO2,三元組分為基礎的全固態Z型光催化體系這種三組分體系表現出很高的光催化活性，遠遠超過單組分和雙組分體系。2008年，Zong將 MoS2助催化劑負裁在Cds光催化劑上，極大地提高了光催化產氫效率，MoS2,上Cds之間的結合和 MOS2,優異的產氫活化性能被認為是提高MoS2/CdS 光催化活性的要原因。2011年，Li等以氧化石墨烯(GO)為載體，醋酸鎘為鍋前驅體，DMSO為硫前驅體和溶劑，采用溶劑熱法制備了Cds簇修飾的石墨烯納米片(標記為GCx,表示石墨烯質量分數為x%的石墨烯/Cds 樣品)作為光催化劑[圖 4-2(a)和圖 4-2(b)]實現了可見光驅動的高效光催化產氫[圖4-2(c)]。性能的復合樣品的光催化產氫速率高達1.12mmo1·h(大約是純CdS納米顆粒的4.87倍)。當石墨烯質量分數為1.0%(GC1.0)、Pt負載質量分數為0.5%時，在420nm的可見光照射下，表觀量子效率為 22.5%。高效的光催化產氫活性主要歸因于石墨烯的存在，石墨烯性能使其成為Cds納米顆粒的良好支撐材料，且作為電子聚集體和傳輸體，有效地延長了光牛載流子的壽命[圖4-2(d)]。此外，復合材料中的石墨烯納米片提高了CdS簇的結晶度和樣品的比表面積，這也促進了光催化活性的提高。在前人的研究基礎之上，CdS逐漸成為熱點光催化材料。

      此外，光催化劑的性能不僅取決于其化學成分，而且與其形貌有極大的關聯，相同組成但不同形態的納米結構(如納米片與納米棒、實體與空心)可以表現出不同的光催化性能，因此，光催化材料的形貌控制被廣泛應用于剪裁及調節物理和化學性能從而提高光催化活性。近年來，為了提升Cas的光催化性能,廣大科研工作者在零維、一維、二維和三維尺度上對 CdS 的形貌調控都做了大量的研究。例如，Yu 等通過調節硫源和溶劑，采用易操作的溶劑熱法合成了形貌可控的cs光催化劑，包括納米顆粒、納米棒、海膽狀等不同形貌。其中，以四乙烯五胺(TEPA)為溶劑，以L-半胱氨酸為硫前驅體制備的CdS納米線在420nm的光照下表現出了良好的光催化產氫活性，量子效率為37.7%。高純度、良好的結晶度、微觀結構和能帶結構有利于光生載流子的分離和轉移，從而減少電子和空穴的復合，這些被認為是光催化活性增強的主要原因，因此，形貌特征對CdS的光化性能有著極大的影響。本章接下來將以CdS 光催化劑為載體，從量子點、納米顆粒、納米棒(線)、納米片和空心球五個主要的形貌方向來論述Cds的形貌調控及其制備方法在光催化方面的應用研究(圖4-3)。

產品展示

      SSC-PCX300-K23一體氙燈光源系統，采用一體化設計，更好的保證產品的穩定性；為催化、合成、降解實驗提供紫外光UV、可見光Vis、近紅外光NIR的儀器，主要應用于光催化、光解水產氫產氧、CO2還原、光熱催化、VOCs降解、光熱協同、光化學催化、光誘導合成、光降解污染物、水污染處理、生物光照光學檢測、各類模擬日光、可見光、紫外光、單色光加速實驗等領域。