[发明专利]一种LixMoS2/CdS/g-C3N4复合光催化剂的制备及其分解水产氢应用

说明书

本发明涉及一种Li_xMoS₂/CdS/g‑C₃N₄复合光催化剂的制备及其分解水产氢应用。该催化剂的制备方法为：首先制备CdS/g‑C₃N₄异质结结构，再通过超声分散将过渡金属硫化物负载于异质结上，最后采用金属掺杂的方法完成过渡金属硫化物的改性，合成三元复合光催化剂。该催化剂可应用于光催化分解水产氢过程，显示出优异的产氢性能。本发明所制备的催化剂结构新颖、稳定性良好，可有效提高可见光响应范围，增加产氢活性位点，促进电子快速转移，抑制电子与空穴的复合，高效地将水转化成清洁能源氢气。

技术领域

本发明涉及在可见光照条件下催化水产氢过程，具体涉及到一种新型三元复合催化剂Li_xMoS₂/CdS/g-C₃N₄的制备方法及应用。

背景技术

能源是人类生存发展的基础，人类的一切经济活动和生存都依赖于能源的供给，而开采、利用其他资源也都要依赖能源。煤炭、石油、天然气等化石燃料的长期使用，导致化石能源的日益枯竭，与此同时，化石燃料在燃烧过程中会产生大量有害的气体，如SO₂、NO、CO₂等，造成了环境污染问题。因此，开发洁净的可再生能源受到越来越多的关注。氢能是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，氢在大气中并不存在，但大量地存在于各种水中。可通过电解等方法从水中获得氢气，但需很大的能量供给，成本极高。以方便而廉价的方法制备氢气，成为能源和环境科学工作者梦寐以求的愿望。由于太阳光属于自然界中取之不尽用之不竭的再生型能源，因此光催化技术是一种绿色技术，如能对其加以利用，不仅对于社会发展会产生巨大的经济效益和生态效益，而且在新能源技术的进程上迈出了一大步。太阳光催化分解水来制备氢是解决能源和环境问题的最优良的途径之一。而探索高效、稳定且经济的可见光催化材料是光催化制氢技术实用化的关键所在。

金属硫化物由于其良好的带隙和光催化性能，被认为是最有前途的光催化剂。CdS以其优异的性能获得了科学家的广泛关注，但是较大的带隙宽度限制了它的发展。CdS/g-C₃N₄、CdS/TiO₂等异质结结构能有效提高产氢速率，再负载一定量的助催化剂能表现出更优异的催化性能。MoS₂作为非贵金属催化剂具有比表面积大，吸附能力强，反应活性高等优点，近年来也被广泛研究。

针对上述问题，本发明构建了一种由Li_xMoS₂、CdS和g-C₃N₄组成的三元复合光催化剂。该新型催化剂高效稳定、绿色环保、成本低且使用寿命长，在光催化产氢领域具有良好的应用前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于为高效光催化分解水产氢提供一个新的途径，尤其是一种三元复合催化剂Li_xMoS₂/CdS/g-C₃N₄的制备及其分解水产氢应用。本发明研究光解水产氢，水是自然界大量存在的，氢气是目前可用作替代的新型能源结构，光解水产氢的研究符合对资源的合理利用、缓解能源危机及减少对传统能源的过度依赖的要求，对于生态环境的健康发展具有重大意义。

技术方案：本发明的一种Li_xMoS₂/CdS/g-C₃N₄复合光催化剂的制备方法，该制备方法首先制备CdS与g-C₃N₄的异质结结构，再负载过渡金属硫化物，最后改变表面过渡金属硫化物的形态结构形成复合材料；其具体操作步骤如下：