[发明专利]一维复合纳米光催化剂及其制备方法和应用

说明书

 

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体地说，涉及一种应用于光解水制氢的CdS:MoS₂一维复合纳米光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

人类活动使得能源消耗所造成的环境问题日益突出，石油天然气等资源仅能维持几十年，发展洁净高效的新能源技术已是迫在眉睫。光催化以其室温深度反应和可直接利用太阳能作为光源驱动等特性，成为一种理想的洁净能源生产技术。自从1972年Fujishima和Honda教授利用二氧化钛电极在紫外光照下可以分解水生成氢气和氧气以来，光催化技术便引起了各国科学家的广泛关注。

经过几十年的研究，该技术在光解水制氢方面已取得重要进展，但是高效可见光催化产氢是制约其发展的瓶颈之一。因此持续研究调配具有合适能带位置的可见光响应的催化剂是促进光催化技术进一步发展的研究重点。研究表明，MoS₂可以作为光解水制氢反应中优良的助剂，能够大幅度提高催化剂的制氢性能。大连化学物理研究所科研人员利用高温烧结技术制备了CdS/MoS₂复合产氢光催化剂，但该制备方法温度较高，不利于催化剂的结构调控和其构性关系的深入研究。利用原子厚度的层状MoS₂大幅提高产氢效率的一维复合纳米结构光催化剂的研究未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一维复合纳米光催化剂及其制备方法和应用，大幅提高利用太阳光制氢的效率。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供一种一维复合纳米光催化剂，该光催化剂为原子层厚MoS₂修饰的一维CdS纳米棒结构，二硫化钼助剂单层负载到硫化镉上，表达式为CdS:MoS₂。

 

另一方面，本发明提供了一种上述一维复合纳米光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）MoS₂前驱体四硫代钼酸铵（ATTM）的制备：将适量钼酸铵溶解浓氨水中配制成饱和溶液；取一定体积该饱和溶液加入到三口瓶中，并加入过量硫化铵溶液，在磁力搅拌下50-90 ℃反应1-12 h，自然冷却至室温，加乙醇结晶0.5-12 h，即得到MoS₂前驱体四硫代钼酸铵；

（2）CdS前驱体Cd(S₂CNEt₂)₂的制备：分别将硝酸镉和铜试剂按1:2的摩尔比溶于适量水中，然后在磁力搅拌下将铜试剂水溶液缓慢滴加至硝酸镉水溶液中，即得到CdS前驱体Cd(S₂CNEt₂)₂；

（3）CdS纳米棒的制备：高压釜中加入乙二胺至其容积的70-80%，然后向其中加入Cd(S₂CNEt₂)₂，将其在120-280 ℃下反应6-48 h，即得到CdS纳米棒；为避免反应过程中压力过大产生危险，反应容器不应全部充满。

（4）CdS:MoS₂的多元醇加压制备：高压釜中加入其体积容量60-80%的乙二醇，然后加入质量比为2-12 : 1的CdS纳米棒和四硫代钼酸铵，密封后在180-220 ℃下反应5-12 h；

（5）将步骤（4）制备的催化剂置于管式炉中，在N₂保护下煅烧3-5 h，即得到CdS:MoS₂一维复合纳米光催化剂。

进一步地，所述CdS纳米棒和四硫代钼酸铵的质量比为6 : 1。

进一步地，步骤（5）中催化剂煅烧温度为300-900 ℃。

本发明还公开了上述一维复合纳米光催化剂在光解水制氢方面的应用。本发明可用于新能源制造方面的光解水制氢，是符合环保和新能源需求的新型光催化材料。

上述复合纳米光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）MoS₂前驱体四硫代钼酸铵(ATTM)的制备：将0.05 mol钼酸铵溶解在300 mL浓氨水中配制成饱和溶液；取21.0 mL该饱和溶液加入到三口瓶中，并加入70.0 mL硫化铵溶液。在磁力搅拌下80 ℃反应1 h。自然冷却至室温，加乙醇结晶3 h即得到MoS₂前驱体ATTM。