半导体光催化剂大多数属于n型半导体材料，其应用广泛，目前认为二氧化钛使用最为广泛。半导体光催化剂都具有区别相对于金属或绝缘物质特殊的能带结构[1]。存在一个特殊的禁带(ForbiddenBand,BandGap)在价带(ValenceBand,VB)和导带(ConductionBand,CB)中间。因为半导体带隙和光吸收阈值有式K=1240/Eg(eV)的函数关系,因此我们常用的宽带隙半导体吸收波长阈值大多对应在紫外区域。当能量很高的光子照射在半导体上，高于半导体的吸收阈值时,半导体的价带电子会在价带间之间“跳动”，发生跃迁,即电子从价带跃迁到导带,从而光生电子(e-)和空穴(h )就会相应产生[2]。此时，吸附于纳米颗粒表面的溶解氧会形成超氧负离子，这是由于其捕获了电子；另一方面空穴带正电荷，将会吸附在催化剂表面使氢氧根离子和水氧化形成氢氧自由基[3]。而超氧负离子与氢氧自由基的氧化性能极强,能将大多数有机物被氧化成最终产物CO2和H2O。
在众多的可见光的光催化剂中，金属硫化物以其较小的禁带宽度和相对较低的负极电位得到了广泛的关注。硫化锌是最早发现的半导体催化剂之一，主要用作分析试剂、荧光体、光导体材料。也用于染料、涂料、颜料、玻璃、固化油的制造等。用作各种滤光片及激光窗口镀膜[4]。硫化锌有两种晶型，Alpha;型硫化锌是无色六方结晶，带隙约3.77eV，白色至灰白色或淡黄色粉末。Beta;型硫化锌为立方结晶，带隙约3.72eV[5]，白色至灰白色或黄色粉末，两种晶型在1296K时由六方纤锌矿结构转变为立方晶体[6]。硫化锌的带隙大于氧化锌的带隙，可以吸收紫外光并且比较稳定。硫化铟有三种晶型：alpha;型（立方结构）、beta;型（尖晶石结构）、gamma;型（层状结构）[7], 其中beta;型硫化铟为n-型半导体，带隙为2.0-2.3 eV，晶型转化温度为693K[8]。 使用水热法或溶剂热法都可制备出结晶性良好的beta;型In2S3 纳米晶体[9]。
二元硫化物硫化锌的带隙能较大，并且二元硫化物的光稳定性比较差，非常容易发生光腐蚀使催化剂失活，减少了催化剂的重复利用效率。而三元硫化物具有带隙能较小，光催化稳定性能好，符合催化要求。一般的二元硫化物对于太阳光的吸收仅仅在于紫外区。但是紫外区仅仅占了太阳光总能量的4%[10]，大部分能量还是在可见光区。因此通过制备出三元硫化物对于光催化过程中的光能利用效率有较大提升。三元硫化物AxBySz理论上来说具有五个可调控的因素A、B即两种可以变的金属元素一般的金属元素A是Cu或者Cd，B一般是In或者Ga一些副族介于金属与非金属之间的金属元素。x，y，z一般需要实验进行测试。调控x，y，z就可以使半导体的带隙能进行调整。元素In的s轨道对于催化剂的带隙的改变起到了决定性的作用[11]。因此可以利用铟掺杂来改变硫化锌的带隙，从而达到对硫化锌光催化效率和使用寿命的提升。
控制催化剂形貌是控制催化剂活性大小的一个重要手段和途径。当光照射在催化剂表面上的时候，催化剂上会产生光生电子和空穴。如果电子和空穴对并没有立即结合，那么催化剂表面的氧结合电子生成氧负离子，而空穴和氢氧根以及水氧化生成氢气。但空穴和电子在催化剂表面的存在时间是很短暂的，会很快发生光生电子和空穴的复合，使得电子和空穴不能发挥出相应地作用，从而表现为二硫化物的光催化活性较低。光生电子和空穴的分离以及电子的转移通常还会受到催化剂的晶体缺陷，晶体结构，晶体畸变，结晶性等多种因素[12]的影响。另外催化剂的表面性质：比如表面活性位点、表面能、催化剂的粒径、比表面积、表面形貌[13]等都会或多或少对催化剂性能造成影响。即便是三元硫化物，在催化效率上得到了一定程度的改善，但是由于纳米粒子的结构特点，也导致了光生电子-空穴的复合成为制约光催化剂效率的主要原因之一。解决光生电子和空穴复合问题，需要提高材料的导电性或者与导电性较好的材料进行复合，从而实现光生电子的传导，与空穴分离，提高效率。
石墨烯（Graphene）是由碳原子所组成的仅有一层原子厚度的二维晶体，作为目前发现的强度最大，最薄，导热、导电性能最好的一种新型的纳米材料[15]，将会在很多产业得到很多应用[12] 。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆与康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地从石墨中分离出石墨烯，直接证明它可以单独存在[13] 。石墨烯除了优良的电性能之外，二维结构的平面石墨烯由于其极为特殊的二维结构，因此拥有超高的比表面积。巨大的比表面积以及优良的导电性能。使其在光催化领域和电化学领域就有很好的应用。在石墨烯中，每一个碳原子都有一个未成键的p电子，这些晶体的晶格中，P电子可以自由的移动，速度乃至光速的1/100即3times;106m/s。赋予了石墨烯良好的导电性能。石墨烯是新一代透明导电材料，透光性好[14]。而在其它波段，四层石墨烯的透过率会远远高于ITO薄膜。在可见光区，四层厚度石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜旗鼓相当。石墨烯在常温下其电子迁移速率超过15000cm2/V·s，比硅晶体或者纳米碳管都要高，而电阻率却只有约10-6Omega;·cm，比铜或银更低，在世界上是电阻率最小的材料[15]。因为其电阻率极低，电子的迁移速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速率更快的新一代的电子元件或者晶体管。其较大的表面积也可以使得锌铟硫可以均匀分散在其表面，防止由于纳米粒子之间的团聚造成比表面积的减小、活性位点损失，从而避免催化活性降低。
机械剥离的石墨烯由于厚度不能满足实验要求，最重要的是其表面完全有碳原子以共价键连接形成，使得催化剂与石墨烯的结合只能通过分子间作用力连接。而试验中需要使用的石墨烯是由Hummers法[16]制备的还原氧化石墨烯。石墨被氧化后，其本身存在的共轭结构被严重破坏，表面产生很多的含氧官能团。此时的氧化石墨烯薄片会额外获得绝缘的特质。通俗来讲，石墨烯表面的结构被破坏了，挂上很多的含氧基团：羟基，羧基，醛基等。石墨烯原来优异的导电性质就会受到影响。从原来的优良导体，变成了绝缘体。所以要通过还原的方法使氧化石墨变为还原氧化石墨烯。同时由于还原氧化石墨烯表面还残留着一些含氧官能团，使得催化剂可以与石墨烯之间形成化学键，增强两者之间的结合，使复合材料更加稳定。
可以推断随着石墨烯含量的增加，载体的比表面积增加，电子转移速率加快，光催化活性增强。但当石墨烯的含量达到一定的程度后，随着催化主体的相对含量的降低，光催化活性反会而降低。因此，探究出两者之间的最佳比例，对于锌铟硫三元催化剂的性能研究和实际应用有重要意义，这也是毕业设计工作中主要的工作任务。
参考文献
[1] Junya K,Kenichi K,Hiroshi T, et al. Photogeneration of hydrogen from water over an alumina-supported ZnS–CdS catalyst[P]. Royal Society Of Chemistry，1987, 83(6): 1395-1404.
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
