对高活性光催化剂的关键因素研究 具有高效的光生载流子分离效率是高活性光催化剂的关键因素之一。 因此，本文通过稳态光致发光光谱、瞬态光电流响应和电化学阻抗谱，分析了样品表面的电荷迁移速率。 在光致发光光谱中，较低的发射光强度反应了材料的光生载流子的复合率较低。 如图4-8所示，两个样品的光致发光光谱基本一致，并且3DTiO2/CZS的发光峰强度明显低于原始CZS，这表明3DTiO2/CZS复合光催化剂可以有效抑制光生电子和空穴的复合重组，从而提高了3DTiO2/CZS复合材料的光催化活性。 光生电荷分离和转移速率也通过电化学阻抗光谱和瞬态光电流响应进行进一步验证。 如图4-9所示，与3DTiO2/CZS-3相比，原始CZS的瞬时光电流强度较低，这表明CZS表面的光生电子转移速率较低。 当与3DTiO2复合后，3DTiO2/CZS-3的光电流强度迅速提高，这表明复合样品的光生电子迁移速率更高。 这与PL的结果一致，进一步证实了3DTiO2/CZS-3比CZS具有更优越的光催化活性[91]。 相应地，从电化学阻抗光谱测量中可以看出，3DTiO2/CZS-3的Nyquist图比原始CZS的弧度更小，这表明3DTiO2/CZS-3表面电荷的阻力更小，所以电荷传输速率更快。 通过这些光电化学测试都一致的证明3DTiO2/CZS-3具有更高的光生载流子分离效率，表明3DTiO2和CZS之间形成的异质结有效的改善了材料的光催化活性。 通过使用0.35MNa2S/0.25MNa2SO3的水溶液作为牺牲剂，在可见光（λ>420nm）照射下，研究了所有的样品光催化产氢性能的测试。 结果如图4-10所示，纯的3DTiO2在测试过程中没有观察到氢气的生成，这说明3DTiO2不能在可见光范围发生响应。 CZS析氢速率为31.07mmol·h-1·g-1，并且所有的3DTiO2/CZS的光催化产氢性能都大于原始CZS，CZS及其复合材料的产氢量均随光照时间的增加而逐渐增大。 随着3DTiO2在3DTiO2/CZS的添加量从1wt.%增加到3wt.%时，析氢速率逐渐提高，当3DTiO2的含量进一步增加时，反而开始逐渐开始下降。 这可能是由于过量3DTiO2可能容易成为光生载流子的一个复合中心以及遮盖住了3DTiO2/CZS复合材料表面的一些催化活性位点，从而降低了材料的光催化活性。 因此，3DTiO2的含量对复合材料的光催化活性有着重要的影响。 当3DTiO2的添加量为3wt.%时，3DTiO2/CZS复合材料具有最优异的光催化产氢速率（75.38mmol·h-1·g-1），大约是原始CZS的2.42倍。 这可能归因于由于引入3DTiO2后，减少了CZS纳米颗粒的团聚，降低暴露了更多的活性位点和降低了复合材料导带底的位置，从而提高了3DTiO2/CZS复合材料的光催化产氢活性。 通过光功率计（PL-MW2000）测试得到在波长为420nm带通滤光片下的辐照强度为82.80mW·cm-2，照射面积为28.26cm2。 3DTiO2/CZS-3复合光催化剂平均每小时的产氢量为0.293mmol，由公式（2-1）计算出3DTiO2/CZS-3的AQY为19.67%。 一般来说金属硫化物在光照过程中极易发生光腐蚀的现象，从而导致光催化剂的稳定性变差，难以满足实际产业化的需求。 为了进一步研究复合光催化剂的稳定性，对3DTiO2/CZS-3进行了产氢循环稳定测试。 如图4-11所示，每轮实验循环的产氢量都会随光照的时间的延长而增加，在经过五次循环实验（光照15h）后，3DTiO2/CZS-3还能保持较高的光催化析氢速率。 在循环实验同等条件下，将光照15h前后的3DTiO2/CZS-3进行XRD和SEM测试，结果发现反应前后样品的结晶度和形貌没有发生明显的变化。 综上，可以得出制备的10NCN/CZS复合材料在光催化分解水制氢方面具有良好的应用前景，同时使复合材料的导带位置相比于原始CZS更负，从而使3DTiO2/CZS更容易发生析氢反应。 本章研究为构建形貌新颖的高活性的光催化材料提供了一种十分有效的策略。
