[发明专利]一种CdS-UMOFNs Z型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化降解技术领域，公开了一种CdS‑UMOFNs Z型光催化剂的制备方法，通过构建异质结结构，提高了材料的光催化产氢活性和光稳定性。同时在异质结光催化材料的内部，通过Co^3+/2+和Ni^3+/2+氧化还原对分别对光生电子和光生空穴的消耗，促进了光生电子空穴对的分离和转移，同时也抑制了CdS的光腐蚀反应。本发明主要是通过调节CdS和UMOFNs的摩尔比来调节复合材料的光催化产氢性能和光稳定性，得到目标的CdS/UMOFNs复合光催化材料；本发明选用非贵金属原料与片状MOF进行复合，制得不含贵金属的复合光催化剂，其大大降低了光催化剂的生产成本，同时具备优良的光催化制氢的性能。

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，更具体的，涉及一种CdS-UMOFNs Z型光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能被认为是未来几十年内最有潜力的、合适的、清洁的能源之一，可用于取代传统的化石燃料。在各种制氢方法中，光催化分解水制氢是一种极具潜力的技术手段。它能将太阳能转化为化学能而又不使用到任何二次能源。

硫化镉(CdS)作为一种n型半导体，具有合适的带隙、高可见光响应和良好的导带位置，引起了光催化领域的科学家的高度关注。然而，低电子空穴分离率和光腐蚀严重抑制了CdS的发展和实际应用。科学家研究使用不同制备方法以提高硫化镉的光催化活性和光稳定性，如：通过与其他半导体材料构建异质结结构或者是负载贵金属(Au，Ag，Pt)作为助催化剂等。

由金属离子和有机配体组成，金属有机框架化合物(MOF)具有比表面积大、孔隙率高、能带结构可调节等结构优点，受到了研究学者们的广泛关注。通过调节金属离子和有机配体，MOF可以调节其电子能级结构以实现不同领域的应用。超薄金属有机框架纳米片[Ultrathin Metal-organic Frameworks nanosheets(UMOFNs)]是以Ni/Co作为金属离子，对苯二甲酸作为有机配体制备而成，因其具有纳米级厚度的片层结构，UMOFNs可以加速电荷转移和电子空穴对分离，暴露出更多不饱和金属活性位点，是一种极具潜力的构建异质结的材料。而且UMOFNs有比较大的比表面积，较容易与其他半导体材料形成异质结以提高其光催化活性。但是由于能带结构位置，UMOFNs并不具有光催化产氢性能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明首先提供了一种CdS-UMOFNs Z型光催化剂的制备方法。

本发明的第二个目的是提供上述方法得到的CdS-UMOFNs Z型光催化剂。

本发明的第三个目的是提供上述CdS-UMOFNs Z型光催化剂的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种CdS-UMOFNs Z型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、对苯二甲酸加入到DMF、无水乙醇和去离子水混合溶液中，得到溶液A；

S2、硝酸钴和硝酸镍加入到溶液A后，加入三乙胺，得到溶液B；

S3、溶液B超声后，离心洗涤，得到钴镍超薄有机金属框架化合物UMOFNs；

S4、硝酸镉、硫脲和UMOFNs混合于水中，水热反应即得到CdS/UMOFNs Z型光催化剂。

本发明采用原位合成法制备得到光催化材料，通过构建异质结结构，提高了材料的光催化产氢活性和光稳定性。同时在异质结光催化材料的内部，通过Co^3+/2+和Ni^3+/2+氧化还原对分别对光生电子和光生空穴的消耗，促进了光生电子空穴对的分离和转移，同时也抑制了CdS的光腐蚀反应。本发明主要是通过调节CdS和UMOFNs的摩尔比来调节复合材料的光催化产氢性能和光稳定性，得到目标的CdS/UMOFNs复合光催化材料。