[发明专利]一种CdS/MoS2/Mo双层核壳结构光电极

说明书

本发明公开了一种CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构光电极的制备方法，步骤如下：以钼网作为基底，以可溶性镉盐作为镉源，将金属镉沉积在钼网上，将沉积好的钼网置于硫化氢气氛中进行硫化，即得到CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构光电极。本发明制备的CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构光电极的光电转化效率高，有较大的应用前景。经实验研究发现CdS/MoS2/Mo双层核壳结构光电极光电化学产氢性能，在光电化学测试中光电流超过三毫安，在主要吸光区域光电转化效率接近20％，性能优于传统FTO玻璃上制备的硫化镉电极。

技术领域

本发明涉及光电化学技术领域，特别是涉及一种CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构光电极及其制备方法和应用。

背景技术

利用半导体光催化剂将难以收集的低密度的太阳能光能转化成高密度易利用的电能和化学能已成为近年国际上最活跃的研究领域之一。尤其是在光电化学产氢方面的独特优势引起世界各国科学家的广泛关注，因此对其进行广泛的理论以及实验研究将具有非常重要的战略和现实意义。

光解水产氢的基本原理是建立在半导体能带理论基础上，其整个过程可分为三个部分： (1)载流子的产生。当入射光光子能量大于半导体的带隙时，电子就会被激发，从价带跃迁到导带，同时在价带上留下一个带正电荷的空穴；(2)载流子的分离和迁移。上述光生电子和空穴从体相迁移至催化剂表面；(3)表面载流子同水的反应。当半导体的价带电势高于 V_O2/H2O＝1.23V(vs.NHE，pH＝7)时水就会被空穴氧化，生成氧气。当导带的电势低于V_H+/H2＝0V(vs.NHE，pH＝7)时，水就会被光生电子还原为氢气。光解水的量子效率主要制约于光催化剂的光吸收范围、载流子的有效分离和表面水的氧化还原反应等三个过程。

CdS是最为典型的可见光光解水催化剂，其禁带宽度为2.4eV，具有较好的可见光吸收性能。同时，CdS在可见光激发后产生的光生电子可转移到材料表面，具有较强的还原能力，能够顺利还原氢离子而产生氢气，因此，在解决能源问题上可以发挥良好的作用。但单组分 CdS的量子效率低，光生电子与空穴容易复合，大大降低了其光催化性能的效率。为了解决这些问题，许多研究集中在CdS材料的制备和改性上，包括不同形貌和晶型CdS的合成，材料的改性和光电催化电解水的系统设计，以期提高光电催化活性。目前主要通过与其他助催化剂的复合对单组分CdS进行优化改性。过渡金属，特别是一些贵金属，常常被用作光催化材料的助催化剂。但是由于贵金属自然储量有限，价格昂贵，会增加光催化体系的合成成本；也有研究人员利用MoS₂作为助剂，通过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。

综上，目前制约光催化技术实际应用的所有问题中，最重要的是提高光催化剂对光能的利用效率。其中如何提高光催化剂的载流子传输效率是一项研究重点，具有很重要的理论和实际意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构光电极及其制备方法。本发明的光电极具有特殊的CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构，并有形成CdS/MoS₂异质结，可用于用于高效的光电化学产氢。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构光电极的制备方法，步骤如下：

以钼网作为基底，以可溶性镉盐作为镉源，将金属镉沉积在钼网上，将沉积好的钼网置于硫化氢气氛中进行硫化，即得到CdS/MoS₂/Mo双层核壳结构光电极。