[发明专利]一种硫化镉基复合光催化材料及制备方法与用途

说明书

本发明涉及一种硫化镉基复合纳米催化材料及制备方法与用途，属于材料制备和光催化的技术领域。本发明制备出具有还原性和催化性的硫化镉纳米线，将其与非贵金属助催化剂氢氧化钴通过共沉淀法制备廉价易得、结构稳定且催化活性高的氢氧化钴/硫化镉复合光催化还原CO₂材料‑Co(OH)₂/CdS。非贵金属助催化剂Co(OH)₂颗粒均匀分散在CdS纳米线表面，颗粒尺寸为2‑5nm，可提供水氧化半反应位点，加快产氧动力学，抑制光生电子‑空穴对的复合，提高还原CO₂反应效率。

技术领域

本发明涉及一种硫化镉基复合纳米催化材料及制备方法与用途，属于材料制备和光催化的技术领域。

技术背景

近年来，光催化还原CO₂技术由于可以将温室气体CO₂转化为CO、CH₄、HCOOH、HCHO、CH₃OH、C₂H₅OH等具有更高利用价值的化学燃料，在解决能源危机和缓解温室效应中有着较大的应用前景，受到研究者的广泛关注。

半导体纳米材料由于其较大的比表面积和尺寸量子化效应，在还原CO₂领域发挥着重要作用。其中，硫化镉(CdS)廉价、易合成、结构稳定，具有较窄的带宽(2.4eV)，能够吸收516nm的可见光，且具有合适的导带位置，是一种将CO₂高选择性还原为CO(-0.53V vsNHE,pH＝7)的优良材料。但是，CdS的光生载流子寿命仅50纳秒左右，因此光生载流子复合较快，大量光生电子难以到达催化剂表面参与反应，是目前CdS基光催化剂存在的主要问题。另外，单一的CdS催化剂表面缺少氧化还原位点，不利于CO₂还原和H₂O氧化半反应的分别进行，这一问题也严重限制了CdS光催化还原CO₂的反应效率。为了解决这些问题，许多对CdS进行改性的策略相继被提出，比如构筑异质结、表面修饰官能团、掺杂等。在这些策略中，构筑异质结引入助催化剂不仅可以拓宽吸收光谱并促进光生载流子的分离，同时还可以提供活性位点，是增强CdS光催化还原CO₂活性的有效途径。

在众多的助催化材料中，钴基化合物是一种优秀的的水氧化助催化剂，在光催化分解水制氢、光降解有机污染物和光催化还原CO₂领域受到广泛关注。其中，氢氧化钴(Co(OH)₂)表现出优异的促进水氧化性能，可以与主体催化剂形成异质结，抑制光生电子-空穴对的复合，降低O-O键形成的能垒，加快产氧动力学。同时，相比于贵金属助催化剂，Co(OH)₂来源广泛，廉价易得，更具备被应用于实际生产的可能性。

迄今为止，尚未发现有人采用共沉淀法制备Co(OH)₂/CdS复合材料作为光催化还原CO₂的催化剂，所用的CdS化学和物理性质稳定，原材料廉价易得，且以其为载体制备Co(OH)₂/CdS复合材料的反应工艺简单，所得产品光催化还原CO₂活性好，稳定性高，生产过程绿色环保。

发明内容

本发明目的是提供一种新的，以简单易行的溶剂热法和共沉淀法合成非贵金属助催化剂Co(OH)₂/CdS复合纳米光催化材料的方法。

本发明通过以下技术方案实现：

(1)制备硫化镉纳米线：采用溶剂热法制备硫化镉(CdS)纳米线，分别称取硝酸镉，硫脲，分散于无水乙二胺，将混合液转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，然后将反应釜放入烘箱中，待溶剂热反应结束，自然冷却至室温后，经离心得下层明黄色沉淀物，再分别用去离子水和无水乙醇清洗三遍，除去无机杂质和有机杂质，最后将所得沉淀物放入烘箱，干燥得到CdS纳米线。

所述硝酸镉、硫脲以及乙二胺的比例为：1.9g:1.7g:50mL。