[发明专利]一种光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法，具体地说涉及一种可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能是一种理想的绿色能源，将太阳能和水转化为高效清洁的氢能，是解决未来能源和环境问题最有前途的方法之一。1972 年日本学者Fujishima 和Honda发现了在TiO₂ 电极上光催化分解水的现象，为光催化分解水制氢提供了依据，同时也加快了将光能转化为化学能的研究步伐。半导体光催化分解水制氢是将半导体微粒漂浮在水中，在光照条件下将水分解成氢与氧。整个过程将太阳能转化为化学能，具有环保，经济等优点，受到越来越多的关注，制备高活性的光催化剂是提高光催化制氢效率的关键。

硫化物和氮氧化物材料具有优良的可见光响应性能，是最具有应用前景的光催化材料。CdS本征材料为n 型直接带隙半导体材料，近年来因其优越的光学性能引起广泛的关注， CdS 本身作为体相材料，带隙为2.42 eV，具有较宽的可见光响应区间及合适的氧化还原电位，它对位于400-550 nm范围内的可见光具有良好的吸收效果。

杜娟等（功能材料，2005，10，1603）使用水热和溶剂热法制备了不同粒径的纳米硫化镉半导体光催化剂，探讨了反应物、溶剂与温度等可影响硫化镉晶型与结晶度，从而导致其光催化活性变化的因素，结果表明，CdS光腐蚀性与其晶型有关，并随结晶度的提高显著降低。多元催化剂近几年成为太阳能制氢催化材料中的一个新方向，通过宽带隙和窄带隙半导体之间形成固体溶液可以来调节催化剂的能带结构。在CdS表面涂上贵金属Pt，在有牺牲试剂时，具有非常高的制氢效率。日本Domen研究小组制备出多孔纳米结构CdS（Chem. Mater.2008,20,110），其负载Pt制氢速率高达16mmol/h·g，产氢量子效率达到60%。李灿院士课题组制备了Pt-PdS/CdS三元光催化剂（Journal of Catalysis，2009,266,165），其光解水产氢效率高达93%，接近光合作用，是迄今为止量子效率最高的光催化剂。但是两者都存在光催化剂不稳定的问题，Domen研究小组的催化剂在使用12h以后，光催化效率降低20%；Pt-PdS/CdS三元光催化剂在使用25h以后，光催化剂也逐渐开始分解。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种光催化剂及其制备方法。该光催化剂具有高活性稳定性，解决了CdS类光催化剂稳定性差的难题。

一种光催化剂，由RuO₂和Mn_1-xCd_xS复合金属硫化物组成，催化剂中RuO₂的质量为Mn_1-xCd_xS复合金属硫化物质量的0.01-8%，优选0.02-4%，所述Mn_1-xCd_xS复合金属硫化物中0 <x< 1，优选0.5 <x< 0.9。

本发明催化剂中，所述复合金属硫化物中还可以含有适量的银，复合金属硫化物的组成为Ag_yMn_1-x-y/2Cd_xS，其中0<x<1，0<y<1，优选x=0.2~0.8，y=0.001~0.02。

一种光催化剂的制备方法，包括复合金属硫化物的制备过程及RuO₂的负载过程。

本发明方法中，所述的复合金属硫化物采用水热合成法制备，步骤如下：

（1）配制含镉盐、锰盐及硫代乙酰胺的混合液；

（2）将步骤（1）的混合液置于水热合成反应釜中， 130-250℃ 反应10-30h； 

（3）对步骤（2）水热合成反应的沉淀物进行离心处理，取黄绿色单相制得复合金属硫化物。

上述方法步骤（1）所述的混合液中镉的摩尔浓度为0.3-0.5mol/L，锰的摩尔浓度为0.2-0.4 mol/L，硫代乙酰胺的摩尔浓度为0.1-0.2 mol/L。混合液中还可以含有摩尔浓度为0.001-0.1 mol/L的银。所述的盐包括硝酸盐、硫酸盐或者醋酸盐等各种可溶性盐，优选醋酸盐。

上述方法步骤（2）中水热反应条件优选在150-210℃反应16-24h。

上述方法步骤（3）中优选采用蒸馏水和乙醇反复冲洗沉淀物后进行离心处理，反复清洗次数为3-5次。