[发明专利]光催化产氢助剂、光催化剂及光催化剂的制备方法和应用

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催化分解蒸馏水以及天然海水制氢的助催化剂NiMoS与主催化剂CdS纳米棒形成螺旋复合纳米金属硫化物光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化太阳能转化为可以被人类利用的燃料具有重要意义。氢气作为一种应用广泛的原材料，在合成氨和二氧化碳转化为甲醇以及碳氢化合物方面发挥极大作用。同时天然海水作为一种取之不尽用之不竭的自然资源，其开发和利用具有巨大前景。因此利用半导体光催化剂太阳能分解水制氢引起了国内外的广泛关注。

研究调配具有合适能带位置的可见光响应的催化剂是提高可见光催化产氢效率、促进光催化技术进一步发展的研究重点。

发明内容

本发明提供一种新型高效光催化产氢助剂、光催化剂及光催化剂的制备方法和应用，不仅大幅提高利用太阳光的制氢效率，而且可充分利用海水制氢，对新能源的开发和利用具有重要意义。

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，本发明提供一种新型光催化产氢助剂，该光催化产氢助剂为复合纳米层状，化学式为NiMoS。

另一方面，本发明提供一种通过光催化产氢助剂NiMoS修饰形成的光催化剂，该光催化剂是通过光催化产氢助剂NiMoS包覆在一维棒状CdS主催化剂表面形成的螺旋结构，化学表达式：CdS@NiMoS。NiMoS修饰一维棒状CdS主催化剂形成紧密结合的螺旋结构。

层状纳米MoS₂具有类似石墨烯的二维结构，是光解水制氢反应中优良的助剂，其比表面积巨大，可以提供更多的反应活性位；其带隙位置和带隙宽度与CdS纳米棒匹配，可有效复合形成异质结构；其层状结构边缘存在大量不饱和硫原子，能大幅提高催化剂的制氢性能。在MoS₂边缘位置引入Ni离子进行调控，形成NiMoS层状结构，进一步提高光催化产氢效率。

再一方面，本发明提供一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）利用溶剂热法合成光催化主催化剂CdS纳米棒；

（2）利用水热法合成光催化助剂与主催化剂复合的催化剂CdS@NiMoS。

进一步地，制备步骤具体如下：

（1）CdS前驱体Cd(S₂CNEt₂)₂的制备：将硝酸镉Cd(NO₃)₂·4H₂O和铜试剂(NaS₂CNEt₂·3H₂O, NaDDTC)按1:2的摩尔比分别溶于适量水中，然后在磁力搅拌下将铜试剂水溶液缓慢滴加至Cd(NO₃)₂水溶液中，即得到CdS前驱体Cd(DDTC)₂，将产物洗涤并真空干燥；

（2）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(DDTC)₂，将其在120-200 ℃下反应6-48 h，即得到CdS纳米棒，将产物洗涤并真空干燥；

（3）CdS@NiMoS的水热法制备：在含有15-25 mL蒸馏水的烧杯中加入80-150 mg CdS纳米棒，并在另一含有15-25 mL蒸馏水的烧杯中分别加入Na₂MoO₄、Ni(NO₃)₂与足量硫脲，控制助剂NiMoS与CdS的比例范围在0.01-0.25:1；烧杯中的反应物超声分解后混合均匀，将混合液转移到高压釜中，在180-220 ℃下反应5-25 h；即得到CdS@NiMoS螺旋结构复合催化剂，将产物洗涤并真空干燥。

其中,助剂NiMoS中的各元素的来源分别是Ni(NO₃)₂、Na₂MoO₄和硫脲，

Ni、Mo的物质的量与最终产品中的物质的量是一致的，硫脲是硫源。

本发明制备方法具有工艺简单，成本低廉，重复性好的特点，能够制备组成可控、性能高效的太阳光制氢光催化剂。

上述光催化剂和光催化产氢助剂在光催化制氢方面的应用。

上述光催化剂和光催化产氢助剂在光催化天然海水产氢方面的应用，可以实现对海洋资源的开发和利用。