[发明专利]一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法，属于光催化材料领域。

背景技术

随着全球工业化进程的加快，能源消费剧增，化石燃料日益枯竭，石油危机、环境危机和能源危机日益加深，开发利用可再生能源成为全球共同关注的热点。太阳能是人类可利用的最丰富的能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、全球各国均能够自由和平利用的能源，也是各种可再生能源如生物质能、风能、海洋能、水能等其它能源之本。为此，各国政府都十分重视太阳能的开发利用，太阳能的开发利用成为各国政府大力投入的热门研究领域。

我国政府为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展，国家专门制定了中华人民共和国可再生能源法，足以说明政府对开发利用可再生能源的重视。因此，为解缓能源危机和环境危机，开发利用可再生的太阳能势在必行。

光催化剂是一类开发利用太阳能必备的半导体材料。在过去的三十多年中，科学家们研究了许多半导体光催化剂的光催化性能，如TiO₂、RuO₂、ZnO、Fe₂O₃、CdS、SrTiO₃、CoO/SrTiO₃、NiO/SrTiO₃和Sr₃Ti₂O₇等。在众多的半导体光催化剂中，CdS是备受关注的半导体光催化剂之一。CdS是一种重要窄带隙n-型半导体，国内、外关于CdS的研究报道很多。

CdS作为一种窄带隙半导体材料，禁带宽度为2.4eV左右，能级与太阳光谱非常匹配，从能级考虑是一种非常理想的光催化剂。但大量已有的研究结果表明，单纯的CdS半导体作为光催化剂虽然有一定的光催化性能，由于禁带宽度窄，光照后产生的电子-空穴对容易复合，使其光催化效率低，且容易受到空穴的氧化发生光腐蚀作用，影响其使用寿命。由于CdS易发生光腐蚀反应，大大缩短了CdS的使用寿命，甚至失去光催化活性，从而限制了CdS的应用。为此，国内、外学者在CdS的改性方面进行了大量研究工作，以提高CdS的光催化效率，降低CdS的光腐蚀，延长CdS的使用寿命。目前，对CdS改性的方法主要有：①贵金属沉积；②与宽禁带半导体复合(如CdS与TiO₂复合，CdS与ZnO复合)；③载体负载(如CdS负载在SiO₂上)等，但效果都不明显。

为降低CdS的光腐蚀作用，有效提高CdS的光催化效率，本发明用p型半导体CoO与n型半导体CdS复合，制备了p-n复合半导体p-CoO/n-CdS光催化剂。所制备的p-CoO/n-CdS光催化剂在可见光辐射下，由p-CoO/n-CdS复合半导体中的n型半导体CdS吸收可见光产生电子-空穴对，即CdS价带上的电子跃迁到导带，同时在CdS价带上留下空穴。由于p型半导体CoO是空穴传输半导体，因此，p-CoO/n-CdS复合半导体中CdS价带上的空穴可传输到CoO上，使CdS有效避免了空穴的氧化，降低CdS的光腐蚀作用；同时，这样使得光生的电子和空穴分别分布在CdS和CoO两种半导体颗粒上，也有效提高了光生电子-空穴对的分离效率，从而有效提高了CdS的光催化效率。

本发明通过p型半导体CoO与n型半导体CdS的复合，有效避免了空穴对CdS的氧化，降低CdS的光腐蚀作用，也使光生电子-空穴对得到更有效得分离，既延长了CdS的使用寿命，又提高了CdS的光催化效率。这一方法为延长CdS光催化剂的使用寿命，提高CdS的光催化效率，开辟了一条新途径，探索了一种新方法，具有重要的实际意义。迄今为止，关于p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂研究，尚未见文献报道。

发明内容

本发明所述的一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法，提供一种既可延长CdS使用寿命，又可提高CdS光催化效率的新方法。

本发明所述的一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法，所制得的p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂，在紫外光、可见光和太阳光为光源的条件下，可用于光催化降解有机污染物、光催化分解水制氢和制造太阳能电池。