Felületmódosítás hatása a CdxZn1–xS fotokatalizátorok hidrogénfejlesztő hatékonyságára

Effect of surface modification on the hydrogen generation efficiency of CdxZn1-xS photocatalysts

Abstract

In the 21st century, the pace of research on heterogeneous photocatalytic processes involving the evolution of elementary hydrogen has accelerated significantly. Most of these are also concerned with sulphide-type semiconductors, using H₂S or Na₂S as the sacrificial material. From results reported, it can be seen that the conditions for the preparation of composites and the published quantum yields show considerable variations and the reasons for the effects are not fully understood. In my work, I have prepared photocatalysts with different compositions of Cd_xZn_1-xS. I measured the hydrogen evolution efficiency of the prepared photocatalysts in a system containing Na₂S and Na₂SO₃ sacrificial reagents. The variation of the H₂ evolution rate over time and, in some cases, the variation of the catalyst efficiency over successive applications were investigated. The band gap energies of the semiconductor composites was determined from diffuse reflectance spectra by Tauc method and their structure was studied by SEM, EDS images. Among the composites tested, Cd_0.5Zn_0.5S was found to be the most efficient, with a quantum efficiency of more than 10.5%.

Kivonat

A XXI. században jelentősen felgyorsult a heterogén fotokatalitikus folyamatokkal foglalkozó kutatások üteme, amelyek során elemi hidrogén fejlődik. Ezek közül is legtöbben a szulfid típusú félvezetőkkel foglalkoznak, lebontandó anyagként pedig H₂S-t, vagy annak lúgos oldásakor keletkező Na₂S-ot alkalmaznak. A közölt eredményekből az látható, hogy a kompozitok előállításainak körülményei és a kvantumhatásfokok is jelentős eltéréseket mutatnak, sőt, a hatások okai sem teljesen tisztázottak. Munkám során különböző összetételű Cd_xZn_1–xS fotokatalizátorokat állítottam elő. Mértem az előállított fotokatalizátorok hidrogénfejlesztő hatékonyságát Na₂S és Na₂SO₃ áldozati reagenseket tartalmazó rendszerben, vizsgáltam a H₂-fejlődés sebességének időbeli változását, és néhány esetben a katalizátor hatékonyságának változását az egymást követő felhasználások esetén. A félvezető kompozitok tiltottsáv-szélességét diffúz reflexiós színképekből Tauc módszerrel határoztam meg, a szerkezetüket pedig SEM, EDS felvételek segítségével tanulmányoztam. A vizsgált kompozitok közül a Cd_0,5Zn_0,5S mutatkozott a leghatékonyabbnak, amelynél kvantumhatásfok meghaladta a 10,5%-ot.