[发明专利]一种CdS/MoSx

说明书

本发明涉及一种CdS/MoS_x复合材料及其一步电化学沉积制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：以自支撑材料为基底，利用含有镉源、钼源和硫源的电解液进行电化学沉积，即得所述CdS/MoS_x复合材料。本发明采用过渡金属硫化物MoS_x来取代贵金属作为助催化剂，解决了贵金属的稀缺和高成本的问题，通过电化学方法一步电沉积将CdS/MoS_x固定在基底上，可实现CdS/MoS_x的可控合成；制备得到的CdS/MoS_x复合材料可充分利用可见光，增加太阳能的转换利用率，对于可见光区域有很好的光响应，具有较佳的光催化活性；且易于回收，为CdS的光催化产氢技术提供了一种全新的途径。

技术领域

本发明属于半导体光催化材料技术领域，具体涉及一种CdS/MoS_x复合材料及其一步电化学沉积制备方法和应用。

技术背景

随着现代工业的发展，能源资源逐渐减少乃至枯竭，环境污染日益严重。能源短缺和环境恶化是人类面临和亟待解决的重大问题。因此开发利用可再生能源对实现可持续发展战略具有重大的意义。其中，太阳能被认为是一种很有前途的清洁可再生能源。太阳能取之不尽，用之不竭，作为一次性能源，具有广阔的应用前景，利用太阳能的研究和应用在全世界受到广泛的重视。但太阳能在使用过程中存在不稳定性以及难以储存等缺点，因此寻求一种可转换的能源载体尤为重要。例如，氢能，氢是宇宙中含量比较丰富的元素，作为可再生的二次能源载体，具有清洁、高效、可储存、可运输等诸多优点，是理想的无污染的绿色能源。在能源转化领域中，光催化能源转化是世界各国政府最重视的研究课题之一。而光解水制氢就能有效将太阳能转变为氢能加以储存。太阳能分解水制氢是从原理上模拟光合作用的吸光、电荷转移、储能和氧化还原反应等基本物理化学过程。氢作为能源使用经氧化放出能量后还原为水，是一种无害的良性循环，而地球上水的资源又极为丰富，因此利用太阳能分解水制氢是一种完全的可持续开发和利用过程，是人类从根本上解决能源与环境问题最理想的途径之一。

研究结果表明，可用于光催化的半导体材料有很多种，但它们的禁带宽度大多数都大于3.0eV，就意味着这些半导体只能被紫外光激发。其中硫化镉(CdS) 的禁带宽度约为2.4eV，具有优良的可见光吸收性能，所以是一种理想的光催化材料。但在光催化分解水产氢反应中，CdS会因为长时间的光照而发生光腐蚀现象，从而在很大程度上降低光解水反应速率。因此，在CdS表面负载适当的助催化剂可以有效地促进或加速表面化学反应。贵金属如Pt，Ru，Pd已被广泛用于高效产氢助催化剂，可以快速地将半导体导带中的电子转移到金属表面，从而大大提高了半导体材料的光催化制氢活性。但铂等贵金属资源稀缺且价格昂贵，不利于实际应用和开发。因此，有必要开发和研究其他成本较低的助催化剂来替代贵金属。层状过渡金属硫化物因其优异的原子结构引发了广泛的兴趣，这些材料具有独特的光学以及电子特性，所以它们在光电材料中具有重要意义。其中硫化钼(MoS_x)是层状金属硫化物的典型代表。因此，硫化钼一直被认为，可以在光催化反应中有效地替代贵金属作为助催化剂，用来提高其他半导体的光催化性质。

传统的制备光催化剂的方法多为水热法、共沉淀法和高温烧结等，通常制备时间较长，且光催化剂与助催化剂是分别合成，然后进行负载。以上大部分光催化剂/助催化剂产氢系统为粉末形式，不利于回收。

因此，开发一种制备工艺简单高效，且利于回收的光催化材料具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光催化剂的制备工艺一般为光催化剂与助催化剂是分别合成，制备时间长，且为粉末态，不利于回收的缺陷或不足，提供一种一步电化学沉积制备CdS/MoS_x复合材料的方法。本发明采用电化学方法一步电沉积将CdS/MoS_x固定在基底上，操作简易，条件温和，无毒性；本发明制备得到的CdS/MoS_x复合材料具有较佳的光催化活性，易于回收，可广泛应用于光催化制氢领域中。