[发明专利]Zr-MOF@CdS光催化剂及其制备方法和在光催化水分解制氢中的应用

说明书

本发明涉及Zr‑MOF@CdS光催化剂及其制备方法和在光催化水分解制氢中的应用。本发明首先通过溶剂热法制备Zr‑MOF晶体，然后将硫代乙醇酸作为分子链接剂，通过溶剂热法形成硫醇官能化的Zr‑MOF，最后通过回流的方法，利用S^2‑交换过程，在Zr‑MOF上生长CdS，得到了一种高稳定性、高活性的光催化剂Zr‑MOF@CdS。将催化剂超声分散于乳酸的水溶液中，用Pt作为助催化剂，向溶液中通入氮气除去氧气，在可见光下(λ≥420nm)进行催化反应，可以实现在可见光下高效催化水分解制氢。

技术领域

本发明属于催化制氢领域，尤其涉及Zr-MOF@CdS光催化剂及其在光催化水分解制氢反应中的应用。

背景技术

光催化裂解水制氢是一种将太阳能转化为可再生氢能的绿色技术，并且这种技术在降低化石燃料消耗和保护环境方面有很大帮助，因此引起了人们的极大关注。介孔Zr-MOF以其高稳定性、高比表面积、高结晶性等特点，加上其类半导体行为，在包括光催化等多个领域得到广泛应用。近年来，人们对基于半导体的光催化产氢进行了大量研究。在已经使用的各种半导体中，硫化镉由于其良好的可见光吸收能力和合适的导带位置而非常受欢迎，足以驱动氢气生成反应。然而，CdS的光腐蚀性、不稳定性、光致电子-空穴对的快速复合以及有限的表面催化中心限制了纯CdS的应用。如何获得活性高、稳定性好的催化材料是目前研发的重点，利用不同方法改性的CdS被广泛用于催化领域研究中。

发明内容

本发明的目的是通过回流的方法将Zr-MOF与CdS复合，得到一种新型材料Zr-MOF@CdS。该材料在催化水分解制氢中具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：Zr-MOF@CdS光催化剂，按质量比，Zr-MOF:CdS＝10:9。

Zr-MOF@CdS光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将适量Zr-MOF晶体溶于DMF中，加入硫代乙醇酸，进行溶剂热反应，得硫醇官能化的Zr-MOF；

2)于硫醇官能化的Zr-MOF中，加入镉源和硫源，进行回流反应，所得反应物离心，固体用无水乙醇洗涤，真空干燥，得目标产物。

优选的，上述的制备方法，步骤1)中，所述Zr-MOF晶体的制备方法包括如下步骤：将适量ZrCl₄(四氯化锆)、H₂TADIBA(4,4′-(2H-1,2,4-三唑-3,5-二基)二苯甲酸)和CF₃COOH(三氟乙酸)加入DMF中，超声均匀，在120℃下溶剂热反应48h，得Zr-MOF晶体。

优选的，上述的制备方法，步骤1)中，所述溶剂热反应是，于60℃下加热12h。

优选的，上述的制备方法，步骤2)中，所述镉源来源于Cd(CH₃COO)₂·2H₂O。

优选的，上述的制备方法，步骤2)中，所述硫源来源于硫代乙酰胺(TAA)。

优选的，上述的制备方法，步骤2)中，所述回流反应是，于80℃下回流反应2-2.25h。

本发明提供的Zr-MOF@CdS光催化剂作为催化剂在光催化水分解制氢中的应用。

优选的，方法如下：将Zr-MOF@CdS光催化剂超声分散于溶有牺牲剂的水溶液中，用Pt作为助催化剂，向溶液中通入氮气除去氧气，在可见光下进行催化反应。

优选的，所述牺牲剂为乳酸。