[发明专利]复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂材料及其制备方法。

背景技术

当今世界，各国对能源问题和环境问题都给予了高度关注。随着社会和经济的飞速发展，人类对不可再生资源的需求日益增大，化石燃料已经不能满足人们对能源的需求，随着人类的持续、高速的消耗，在不久的未来终有枯竭的一天。因为人类对自然的过度开发，造成了严重的环境污染和环境破坏，同时燃烧化石燃料产生的二氧化碳等温室气体造成的“温室效应”也日益严重，开发洁净、高效的新能源已经迫在眉睫、刻不容缓。

因此开发新的可再生清洁能源，是当前研究的热点。而如何建立清洁能源系统是解决这一问题的关键。H₂燃烧值高、无毒无臭、产物对环境友好，是可再生能源。H₂可直接做燃料电池的燃料，为电动车提供动力，也可将氢能转化为电能，为用电器供电，是十分有应用前景的新能源，已被普遍认为是最有希望替代现有化石能源的绿色能源。因此，把太阳能转化为氢能，发展高效、低成本的太阳能规模化制氢技术具有重大的社会、经济效益。

1972年日本科学家Fujishima和Honda首次发现在紫外光辐照下，金红石型TiO₂单晶电极可以在常温下将H₂O分解为H₂和O₂，自此利用太阳能通过光催化的方法分解水的报道逐渐增多。经过30多年的研究，TiO₂光催化剂的研究已经趋于成熟，其在利用紫外光分解水制氢和降解有机物方面的性能较好，应用相对成熟。但二氧化钛为代表的传统光催化材料，其催化活性低，产氢率低，现今国际无负载的最高产氢速率仅为1～2.5mmol/h，且只能利用占太阳光能量5％的紫外光，带隙宽，应用受到限制。为提高太阳能的利用率，亟待发展具有可见光响应的新一代光催化材料。在加入牺牲剂的条件下，ZnS系光催化剂具有良好的光催化活性，但带隙仅为3.5eV，只能吸收λ＜350nm的紫外光，这就对ZnS的可见光下活性提高提出了要求，CdS和ZnS具有相同的晶体结构，它们复合形成的固溶体光催化剂有可见光响应，而且有良好的光催化分解水制氢活性。但CdS光腐蚀现象严重，光生载流子复合率高，进行光催化反应时须有牺牲剂存在，其在这方面的性能亟待改进。

发明内容

发明目的是为了解决现有利用光分解H₂O制氢催化剂活性低、在可见光下产氢率低的问题而提供了复合光催化剂及其制备方法。

本发明采用声化学合成法制备复合光催化材料。

本发明复合光催化剂是由Zn(Ac)₂·2H₂O，Cd(Ac)₂·2H₂O，第三主族化合物和硫代乙酰胺制成；Zn(Ac)₂·2H₂O与Cd(Ac)₂·2H₂O的摩尔比为1∶1～5，Zn(Ac)₂·2H₂O与第三主族化合物的摩尔比为1∶0.01～0.10，Zn(Ac)₂·2H₂O与硫代乙酰胺的摩尔比为1∶4.03～12.30；其中第三主族化合物为InCl₃·4H₂O或GaCl₃。

本发明复合光催化剂的制备方法按以下步骤实现：一、称取Zn(Ac)₂·2H₂O，Cd(Ac)₂·2H₂O，第三主族化合物和硫代乙酰胺，Zn(Ac)₂·2H₂O与Cd(Ac)₂·2H₂O的摩尔比为1∶1～5，Zn(Ac)₂·2H₂O与第三主族化合物的摩尔比为1∶0.01～0.1，Zn(Ac)₂·2H₂O与硫代乙酰胺的摩尔比为1∶4.03～12.30，然后将它们加入到5～20mL的丙酮或乙醇溶液中，形成混合物；二、将步骤一所得混和物密封后放入超声反应器中，在40～80℃下反应0.5～18h；三、将步骤二反应得到的产物冷却到室温，再用无水乙醇洗涤2～5次，然后在烘箱中于50℃干燥0.5～5h，即得复合光催化剂；其中步骤一中的第三主族化合物为InCl₃·4H₂O或GaCl₃。