[发明专利]一种CdxZn1-xS:La固溶体光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法。

背景技术

进入21世纪，人类面临着能源和环境两个非常严峻的问题。为了实现人类的可持续发展，开发清洁的可再生能源已迫在眉睫。氢能具有高燃烧值、燃烧产物无污染等优点，是解决现阶段能源危机和环境污染的理想能源。化石燃料制氢不能从根本上解决能源短缺和环境污染问题，而电解水制氢成本较高，高温热解水制氢能量转化效率低、可行性较差，都难以发展为大规模生产氢气的技术。太阳能是取之不尽，用之不竭的可再生能源，我国的太阳能资源非常丰富，开发潜力巨大。在太阳光谱中，紫外光占总能量的5%，波长λ>420nm的可见光占43％，因此利用可见光进行光催化分解水制氢是未来制氢研究的重点，受到国际社会的高度关注。

ZnS在紫外光区分解水时有着相当优异的制氢活性，由于ZnS带隙较宽，仅能响应紫外光部分，因此可以作为一种理想的主体材料。据文献报道采用形成固溶体的方法合成的样品，能带连续不易形成杂质能级，具有良好的可见光响应，催化稳定性好，且催化效率较高，具有很好的发展前景。其中，Cd_xZn_1-xS固溶体光催化剂以其优越的制氢性能受到人们的关注。近年来，相继出现了利用热硫化法、水热、溶剂热等方法合成Cd_xZn_1-xS固溶体光催化剂的报道。2008年，研究员们发现采用共沉淀法合成的Cd_xZn_1-xS固溶体光催化剂在含有S^2-和SO₃^2-的溶液中，具有较高的产氢活性。2007郭烈锦课题组的研究员们在氢能杂志上提出采用热硫化法合成的Cd_xZn_1-xS固溶体光催化剂，与传统的固相法相比在保持合成方法简单的前提下具有较高的活性，其产氢速率可达0.9mmol·h^-1。但是与溶剂热法相比这种改良的固相法合成的催化剂的产氢速率仍然很低。2011年郭烈锦等采用溶剂热法合成了具有孪晶结构的Cd_xZn_1-xS固溶体光催化剂，其最高产氢速率可达1.79mmol·h^-1，是目前报道的Cd_xZn_1-xS体系的最佳产氢速率。因此现有技术利用光分解H₂O制氢的催化剂存在活性低、在可见光下产氢率低的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术利用光分解H₂O制氢的催化剂存在活性低、在可见光下产氢率低的问题，而提供一种Cd_xZn_1-xS:La固溶体光催化剂及其制备方法。

一种Cd_xZn_1-xS:La固溶体光催化剂，其特征在于Cd_xZn_1-xS:La固溶体光催化剂由CdCl₂·2.5H₂O、ZnCl₂、LaCl₃·nH₂O、熔盐KCl和Na₂S·9H₂O制成，其中ZnCl₂、CdCl₂·2.5H₂O、LaCl₃·nH₂O、熔盐KCl和Na₂S·9H₂O的摩尔比为1:（1～5）:（0.05～0.5）:（1～10）:（1～5）。

制备上述Cd_xZn_1-xS:La固溶体光催化剂的方法，其特征在于它按以下步骤实现：

一、将ZnCl₂、CdCl₂·2.5H₂O、LaCl₃·2.5H₂O和熔盐KCl混合均匀，得到混合物，将混合物放入研钵中混合研磨，研磨至混合物形成白色粘稠块体，其中ZnCl₂、CdCl₂·2.5H₂O、LaCl₃·2.5H₂O和熔盐KCl的摩尔比为1:（1～5）:（0.05～0.5）:（1～10）；