[发明专利]复合空心球CdS-TiO2的制备及在光催化分解水制氢中的应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料的制备及其在新能源领域的应用。具体涉及一种复合空心球CdS-TiO₂纳米材料的制备方法及其该材料作为光催化剂在太阳能可见光分解水制氢中的应用。

背景技术

由于化石能源的长期无节制开采，近年来能源短缺已引起各国的高度重视，从而加快了人类探求新的可再生能源的步伐。氢能以其清洁燃烧、绿色环保，可再生无污染而成为国际社会关注的焦点。各国在积极探索获取氢能的诸多途径，利用太阳能光催化分解水制氢是循环经济，绿色制氢的最有效途径之一。

利用太阳能光催化分解水制氢的关键技术是光催化剂，TiO₂是近年来研究最为广泛的太阳能紫外光催化分解水制氢的光催化剂，然而，TiO₂较宽的带隙(Eg＝3.2eV)使它的光催化应用范围受到了一定的限制[1，2]。为了拓宽TiO₂的光谱响应范围，将其与具有理想带隙(CdS，Eg＝2.3eV)，导带边比H⁺/H₂电极电势更负的CdS偶联，是提高太阳能利用率的有效途径之一。有关CdS纳米粒子与TiO₂纳米粒子(或纳米管)复合及其用于太阳能光催化分解水制氢有诸多报导[3-5]。而直接的空心球CdS-TiO₂纳米复合材料的制备只有一篇文献报导，Hu等人[6]采用一种溶液反应的方法制备CdS-TiO₂空心球，具体方法：将二水合醋酸镉与硫脲、硫代甘油溶于N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液中，形成溶液1，然后将Ti(OBu)₄和乙酰丙酮溶于丁醇中形成溶液2，将溶液1和溶液2混合搅拌，回流，后处理得到TiO₂/CdS空心球复合结构。经对国内外专利的系统查新，检索到较多的有关制备纳米空心球的专利[7-52]，而直接的纳米CdS-TiO₂空心球制备的专利只有一项[53].本发明是采用模板法-浸渍法-溶胶凝胶法制备复合CdS-TiO₂空心球，而文献[6]及专利[53]报导的是采用二种溶液反应的制备方法，故此，本发明就纳米CdS-TiO₂空心球的制备方法与文献[6]及专利[53]报导的方法完全不同；将该纳米CdS-TiO₂空心球用于太阳能光催化分解水制氢未见文献及专利报导。

以下是发明人给出的参考文献：

[1]M Matsuoka，M.Kitano，M.Takeuchi，K.Tsujimaru，M.Anpo，J.M.Thomas，Photocatalysis for new energy production recentadvances in photocatalytic water splitting reactions forhydrogen production，Catalysis Today 122(2007)51-61；

[2]J.R.Bolton，Solar photoproduction of hydrogen：a review，SolarEnergy 57(1996)37-50。

[3]M.Ni，M.K.H.Leung，D.Y.C.Leung，K.Sumathy，A review and recentdevelopments in photocatalytic water-splitting using TiO2 forhydrogen production，Renewable and Sustainable Energy Reviews11(2007)401-425。

[4]J.S.Jang，S.M.Ji，S.W.Bae，H.C.Son，J.S.Lee，Optimization ofCdS/TiO2 nano-bulk composite photocatalysts for hydrogenproduct ion from Na2S/Na2SO3 aqueous electrolyte solution undervisible light(λ≥420nm)，Journal of Photochemistry andPhotobiology A：Chemistry 188(2007)112-119。