[发明专利]一维氧化锌/硫化镉/二硫化钼纳米阵列光催化复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一维氧化锌/硫化镉/二硫化钼纳米阵列光催化复合材料及其制备方法，以及其光解水产氢的应用，通过简单的电沉积和光沉积的方法，制备得到一维ZnO/CdS/MoS₂纳米阵列光催化复合材料，所制备的一维ZnO/CdS和ZnO/CdS/MoS₂纳米阵列光催化复合材料均具有比一维ZnO纳米阵列材料更高的光解水产氢性能。此外，所制备的一维ZnO/CdS/MoS₂纳米阵列光催化复合材料在模拟太阳光照射下比在等光强强度的可见光（λ>420 nm）照射下具有更高的光解水产氢性能和稳定性。本发明方法制备过程简单，反应条件温和，材料可以实现有效回收，对光解水产氢具有重要的实际应用价值，有利于环境和能源的可持续发展。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一维氧化锌/硫化镉/二硫化钼纳米阵列光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

环境污染问题和能源危机问题成为人们面临的两大重要问题，而自1972年Honda报道光电解水产氢以来，光解水产氢受到了广泛的研究，这对解决日益严重的环境污染问题和能源危机问题均有非常好的表现。一维纳米结构材料，尤其是纳米棒阵列，可实现可调控生长，具有大的比表面积，可以提供电流传输的直接通道，有利于光生电子-空穴的分离，进一步增大电子输运速率，是一类极具潜在应用价值的光催化材料。氧化锌（ZnO）是一种具有直接带隙的半导体材料，且制备成本低、环境友好，但由于其禁带宽度较宽（约为3.37 eV左右），只能在紫外区响应。硫化镉（CdS）拥有较窄的禁带宽度（2.42 eV），使其在可见光下有比较好的光催化特性。此外，在光催化剂上负载析氢助催化剂可以降低氢气析出的过电位，促进光生电子和空穴的有效分离，提高光催化体系的效率。考虑到贵金属的稀缺性和其昂贵的价格，开发一种新的制备方法，以实现合成高催化活性样品的同时尽量减少贵金属助催化的使用量，或者开发一种替代型的非贵金属助催化剂已迫在眉睫。同时，如何抑制硫化镉的光腐蚀问题，提高其稳定性，也成为重要的研究工作的难点和挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产工艺简单、环境友好、有规则形貌的一维ZnO/CdS/MoS₂纳米阵列光催化复合材料及其制备方法，以及该光催化复合材料在光解水产氢中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一维氧化锌/硫化镉/二硫化钼纳米阵列光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）电沉积法制备一维ZnO纳米阵列：将含有Zn(NO₃)₂、NH₄Ac和C₆H₁₂N₄的混合溶液，采用三电极体系进行电解，所述三电极体系以FTO玻璃为工作电极，铂片电极为对电极，氯化银电极为参比电极；先在电压-1.3~-1.5V下沉积10-20秒得到ZnO种子，接着在电压-1.0~-1.2 V下沉积2000-3000秒，然后取出FTO玻璃并用去离子水冲洗、氮气吹干，得到沉积有一维ZnO纳米阵列的FTO玻璃；

（2）光沉积法制备一维ZnO/CdS纳米阵列：将上述沉积有一维ZnO纳米阵列的FTO玻璃浸泡于混合均匀的CdCl₂·2.5H₂O和S₈的甲醇溶液中，暗吸附25-35min，接着通入氮气25-35min，然后将FTO玻璃置于模拟太阳光下光照50-70min，然后用去离子水冲洗，氮气吹干，得到沉积有一维ZnO/CdS纳米阵列的FTO玻璃；