[发明专利]CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔二氧化钛光催化剂

说明书

本发明涉及TiO2光催化剂，具体涉及一种CdS‑MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂及其制备方法和光分解水产氢性能研究，属半导体材料领域。本发明首先合成多孔的MoO₃‑CdO‑TiO₂，在乙二胺的支撑作用下进行氢化，得到黑色的MoO₃‑CdO‑TiO₂，然后在溶剂热条件下原位硫化黑色的MoS₂‑CdS‑TiO₂。由于CdS能吸收可见光，MoS₂能有效传输光生载流子，黑色的TiO₂能有效提高光电转化效率，所以该催化剂呈现优异的光催化分解水产氢的性能，分解水产氢的速度达到4527 umol·h·^‑1·g^‑1。从而为可见光下新型光催化剂的制备提供新的途径。

技术领域

本发明涉及TiO₂光催化剂，具体涉及一种CdS-MoS₂纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO₂光催化剂及其制备方法和光分解水产氢性能研究，属半导体材料领域。

背景技术

二氧化钛作为半导体材料因其低成本、亲水性良好、催化活性较高以及无毒、无污染而备受关注。但是，二氧化钛的带隙较宽(3.2eV)，光谱响应范围较窄仅能吸收占太阳光4％的紫外光，光生载流子传速慢导致光生电子-空穴复合率较高，这些缺陷极大地限制了二氧化钛的光催化应用。因此，许多科研工作者为了改善二氧化钛的光催化活性，开展了大量的研究工作提高其催化活性，如金属离子掺杂、稀土离子掺杂、贵金属沉积、金属氧化物及硫化物半导体复合等。在众多改善二氧化钛活性的方法中，金属硫化物半导体复合二氧化钛的方法是一个非常有效的方法，因为硫化物一般具有窄带隙，能吸收更多的太阳光，同时金属硫化物能有效传输光生载流子，减少光生空穴-电子的复合，从而提高其光分解水的性能。近年研究结果表明，黑色多孔TiO₂表面缺陷态能有效提高光电转换效率从而提高其光催化性能引起科学家浓厚的兴趣。光催化剂体系常用的一种改性方法为通过贵金属助催化剂沉积来提高光催化活性。例如，Ru，Rh，Pd，Pt，Au 和Ag广泛作为光催化产氢的有效助催化剂。Cui等人通过合成不同暴露面的 Pt/TiO₂，实验结果表明Pt{111}/TiO₂催化剂展现出较高的产氢活性，在可见光下产氢速率约为200μmol·h^-1(Cui,E.；Lu,G.J.Phys.Chem.C2013,117, 26415-26425)。Shi等人制备了三维阵列核壳状的Au-TiO₂，特定的三维结构有利于增强其光催化活性，与Au-TiO₂相比，产氢活性提高了3.5倍左右，在可见光下产氢速率约为128μmol·h^-1(Shi,X.；Lou,Z.；Zhang,P.；Fujitsuka,M.；Majima,T. ACSAppl.Mater.Interfaces 2016,8,31738-31745)。Priebe等人通过浸渍法、沉积沉淀法、光沉积、溶胶固化法合成了不同含量的Au-TiO₂复合材料，其中通过沉积沉淀法合成的样品活性较高，在可见光下Au含量为0.93wt％时产氢活性可达 2400μmol·h^-1·g^-1(Priebe,J.B.；Radnik,J.；Lennox,A.J.J.；Pohl,M.M.；Karnahl,M.； Hollmann,D.；Grabow,K.；Bentrup,U.；Junge,H.；Beller,M.；Brückner,A.ACS Catal.2015,5,2137-2148)。相比较于Pt和Au而言，略微廉价的Ag也可以负载在 TiO₂上从而提高光催化活性。例如，Choi等人制备了Ag/TiO₂复合材料，并探究了硫氰酸盐对其产氢活性的影响，结果表明在λ＞320nm时，在硫氰酸盐的存在下，反应10h后产氢量可达310μmol(Choi,Y.；Kim,H.I.；Moon,G.H.；Jo,S.；Choi, W.ACS Catal.2016,6,821-828)。但原位制备CdS-MoS₂纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO₂光催化剂并研究其光催化分解水的性能还没有报道。