[发明专利]一种Ru/ZnCdS纳米催化剂的制备及其在光重整呋喃甲醇制氢的应用

说明书

本发明提供了一种Ru/Zn_0.5Cd_0.5S(Ru/ZCS)纳米棒的制备方法及其用于光催化水制氢及呋喃甲醇氧化。技术方案：利用水热法合成Zn_0.5Cd_0.5S(ZCS)纳米棒，以Zn_0.5Cd_0.5S纳米棒为基底，通过光沉积方法负载Ru，增加活性位点数量，减少光生电子‑空穴的复合，实现了高效光催化产氢及生物质平台分子呋喃甲醇的选择性氧化。呋喃甲醛产物具有工业应用价值与前景。本发明制备技术和反应过程简单，重复性高，所制备的Ru/Zn_0.5Cd_0.5S催化剂可以实现光催化水分解制氢及生物质平台分子的选择性转化，具有高活性、选择性的特点。

技术领域

本发明涉及到一种Ru/ZnCdS纳米棒的合成方法及其用于光催化水分解制氢及呋喃甲醇氧化，属于光催化技术领域。

背景技术

为了解决日益严重的能源危机与环境问题，人们把目光投向更加清洁的氢能。通过光化学手段分解水获取氢气，将不稳定、间歇性的太阳能转换成氢能的形式储存起来，对实现低碳能源和环境的可持续发展具有重要的现实意义。水的氧化反应是四电子转移过程，具有较高的反应势垒，动力学较为缓慢，是光催化水分解反应的速控步骤。为提升光解水制氢效率，常需要加入空穴捕获剂，降低热力学势垒，加快氧化反应。但是，空穴捕获剂的加入，增加了光催化制氢成本。如何实现低成本、高效光催化制氢是目前研究的难点。

为实现低成本、高效光催化制氢，需要开发新型光催化剂及反应体系。一方面，侧重于高效非贵金属催化剂的研究与开发；另一方面，关注光生空穴的有效利用，构建合适的光催化反应体系。利用光催化温和性、高选择性的优点，将具有特定官能团的有机物选择性氧化生成高附加值化学品，不仅降低光催化水分解制氢的热力学势垒，提高产氢速率，还能充分利用光生空穴，提高太阳能的利用效率。

生物质是一种洁净、可再生能源物质，全球年产量数千亿吨，然而目前生物质并未得到有效的利用。最近，研究者们利用光催化技术将水裂解制氢，同时将生物质转化为高附加值化学品、燃料，实现温和条件下生物质转化，受到人们广泛关注。如呋喃甲醇作为木质素加工获得的副产物具有储量大、易获得等优点，而且其氧化产物呋喃甲醛可以应用于医药、农业等领域。然而，目前光催化生物质制氢效率较低，因此，开发一种具有高效光催化制氢以及呋喃甲醇选择性氧化制的双功能光催化剂具有重要研究意义。

发明内容

本发明目的是提供一种Ru/ZnCdS纳米棒光催化剂的制备方法及其用于光催化水制氢及呋喃甲醇氧化，该催化剂具有高可见光催化活性、稳定性以及选择性的优点，且制备方法简单，易于大规模生产。

本发明采用以下技术方案予以实现：

本文所述Ru/Zn_0.5Cd_0.5S纳米棒的制备方法：

(1)将0.5-1mmol的Zn(NO₃)₂·6H₂O和0.5-1mmol Cd(NO₃)₂·4H₂O溶解于一定量去离子水中，再加入5-15mL乙二胺，搅拌均匀得到A溶液。

(2)取8-10mmol硫脲溶解在5mL去离子水中形成溶液B。

(3)将溶液B加入溶液A中，搅拌均匀，利用水热法在200℃下反应24h。

(4)将产物清洗干净并干燥，最终得到Zn_0.5Cd_0.5S样品。