[发明专利]p-n型La

说明书

本发明公开了一种p‑n型La₄O₄Se₃/CdS复合半导体光催化剂的制备方法，以水、硝酸镧、氢氧化钾为原料制备前驱体氢氧化镧；再以制得的前驱体氢氧化镧、硒粉为原料制备硒氧化镧(La₄O₄Se₃)粉末；最后以硒氧化镧粉末、硫脲、水、氯化镉为原料制备出p‑n型La₄O₄Se₃/CdS复合半导体光催化剂。本发明将La₄O₄Se₃与CdS的能带结构进行匹配来构筑La₄O₄Se₃/CdS的复合半导体，其光催化活性相对于单一光催化剂大大增强。

技术领域

本发明涉及一种p-n型La₄O₄Se₃/CdS复合半导体光催化剂的制备方法，属于无机纳米材料合成技术领域。

背景技术

氢气是一种理想的能量载体，具有燃烧值高、燃烧过程无温室气体排放、来源丰富等优点。氢气在化学工业上也是一种重要的化学试剂。当前，氢气主要通过重整煤、天然气、石油等化石燃料及电解水来获得。但这些方法存在耗能大、成本高、效率低等不足。利用“绿色”的太阳光、高效的光催化剂，直接地光催化分解水制氢可以克服上述方法不足，已被认为是解决能源危机与环境污染的重要手段。

光催化产氢的核心问题在于高效光催化剂的开发。TiO₂因其成本低、毒性小、化学稳定性好等优点而备受关注，很多课题组已经做了大量的研究工作。但是未经改性的TiO₂存在禁带宽度较大，光能利用率低，仅在紫外光(太阳光中紫外光<5％)范围有响应，这大大限制了该材料的光催化效率。尽管通过阴、阳离子掺杂、表面无序化处理可以拓展其光谱响应范围，但其光催化效率仍不理想。因此，发展其它新型高效光催化剂尤为必要。

复合半导体材料具有不同的能带结构，可以利用窄带隙的半导体来敏化宽带隙的半导体，可以提高宽带隙半导体的催化活性。更重要的是，两种半导体之间的能级差使光生载流子从一种半导体的能级注入到另一种半导体的能级，导致了有效、长期的电荷分离，减少光生载流子的复合概率，从而可以显著提高材料的光催化活性。因此合理设计能带匹配的复合半导体光催化材料有利于光生载流子的有效分离与迁移，可以大大提高材料的光催化产氢的效率。在各类复合半导体材料中，p-n异质结复合半导体由于其内置电场的存在，则更有利于光生载流子的快速有效分离，因此备受关注。

理论上，La₄O₄Se₃是一种三元的p型半导体，具有较窄的带隙(1.8eV)，可以捕获更多的光能。La与O、Se的轨道杂化，使得它有更低的导带势，热力学上适合光催化分解水产氢。然而，受制备方法的限制，该类材料用于光催化分解水制氢的研究却未见报道。但是，1.8eV的带隙使得La₄O₄Se₃的光生载流子的有效迁移可能存在困难。另一方面，CdS是一种带隙能约2.4eV的n型半导体，已被广泛应用于光催化分解水。但是单一的CdS也存在光生电荷难以有效分离，光催化效率不高，特别容易发生光腐蚀等不足。这些大大限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的是为解决目前用于光催化分解水产氢的半导体光催化剂光生载流子的有效迁移存在困难，光催化效率不高，特别容易发生光腐蚀的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种p-n型La₄O₄Se₃/CdS复合半导体光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S10：以水、硝酸镧、氢氧化钾为原料制备前驱体氢氧化镧；