[发明专利]一种复合材料及其制备方法和在可见光分解水产氢中的应用

说明书

本发明提供了一种复合材料方法及其制备和在可见光分解水产氢中的应用，采用所述方法制备得到的复合材料具有少层甚至超薄非晶结构的MoS₂包覆层以增加活性位点的数量，从而促进光催化活性的提高；另外，通过利用Cd_1‑xZn_xS/MoS₂进行光照反应来原位负载NiO_y，避免常规NiO_y负载所需进行的热处理过程对硫化物催化剂的结构造成破坏；所述制备方法简单可控，且所述方法制备得到的复合材料在可见光下无需负载贵金属即可实现光催化分解水产氢的目的，大大降低了能耗和成本，制备得到的复合材料催化活性高达225mmol·h^‑1·g^‑1。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种Cd_1-xZn_xS/MoS₂/NiO_y复合材料及其制备方法和在可见光分解水产氢中的应用。

背景技术

近年来，人类社会的高速发展使得能源的需求量在不断攀升，然而，由于化石燃料的不可再生性，长此以往化石燃料等不可再生能源将日趋枯竭。而且，化石燃料在燃烧过程中产生的各种有害气体和固体废弃物已经造成了严重的环境问题。因此，新型洁净的可替代能源的开发利用已经成为当前科学研究所关注的重点。氢气作为一种新兴的能源载体，它具有很高的能量密度，而且氢气的燃烧产物为水分子不会对环境造成污染，从而使其成为新世纪理想的绿色环保能源。但是，从不可再生的碳氢化合物(煤、石油、天然气)制备氢气，不是可持续生产氢能源的长久之计，并且会产生污染环境的CO₂、CO等副产物。相比之下，水来源丰富，可再生，因此裂解水产氢是一种有前景和可持续的制氢途径。此外，太阳光取之不尽用之不竭，通过利用可再生的太阳能进行光催化分解水产氢具有巨大的应用潜力，是一种最为理想的制氢技术。

当前，光催化分解水制氢技术所要解决的核心问题是新型高效的光催化剂的开发。CdS是一种典型的II-VI族半导体材料，属于直接带隙半导体化合物，CdS的禁带宽度约为2.4eV，与太阳辐射的可见光范围相吻合，可以作为一种有效吸收太阳能的可见光驱动光催化剂。然而，单一的CdS纳米晶，由于存在光生电荷载流子复合速率高以及光腐蚀等问题，从而导致其光催化性能较差。研究发现，通过对CdS进行金属特别是Zn的掺杂形成固溶体可以显著提高其光催化活性，这是由于Zn的掺杂优化了CdS的能级结构，从而降低了电荷载流子的复合速率并促进了光生电荷氧化还原能力的增强。此外，一维的半导体纳米材料由于具有有利于电荷分离的几何外形而在光催化反应中显示出了独特的结构优势。因此，基于一维Cd_1-xZn_xS固溶体的纳米结构是一类很有发展前景的光催化材料，然而到目前为止，这方面的研究依然很有限。

发明内容

为了改善现有技术的不足，特别是解决CdS光催化效率低的问题，本文通过催化剂的结构设计和调控提供了一种Cd_1-xZn_xS/MoS₂/NiO_y复合材料及其制备方法和用途，所述复合材料可作为可见光分解水产氢催化剂，且在解决了CdS光催化光腐蚀问题的同时，还具有显著高效的光催化分解水产氢的活性。