[发明专利]复合光解水催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合光解水催化剂及其制备方法，通过在制备的ZnxCd1‑xS半导体的材料上复合Pt基合金，获得了一种复合光解水产氢催化剂。本发明提供的制备方法能够实现半导体与金属的紧密结合，有利于提高半导体的催化制氢效率；得到的复合光解水产氢催化剂在可见光辐照下具有良好的光催化产氢效果，其光催化的稳定性高。另外利用Pt基合金来替代纯Pt作为助催化剂，在提高催化剂的产氢效率的同时又减少了贵金属用量，这对于太阳能制氢技术的开发与利用具有积极意义。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，尤其涉及复合光解水催化剂及其制备方法。

背景技术

在能源和环境问题面临重大挑战的21世纪，氢能被广泛认为是未来的清洁能源载体,它在环保车辆、家庭取暖和氢能发电等领域具有广泛的应用前景。相对于目前消耗天然气燃料的催化重整产氢方法，太阳能光催化水解产氢研究被认为是解决未来可再生能源的最佳途径之一。自从上世纪70年代Fujishima和Honda发现TiO2能够用于光催化分解水产氢以来，各国都投入了大量的研究。至今为止，以TiO2为代表的紫外光响应的光催化剂分解水已取得了很大的进展，然而紫外光能量(λ<400nm)在太阳光谱中的比重不足5％，同时可见光的能量(400<λ<750nm)却占太阳能的43％左右。因此研制和开发出高效的可见光催化剂是半导体光催化分解水产氢技术走向应用的关键。

在光解水产氢的半导体催化材料中，CdS和ZnS是两种重要的光催化剂。其中CdS的禁带宽度为2.4eV，能够吸收λ<510nm的可见光，然而它存在光照条件下不稳定的问题。ZnS的3.6eV的带隙仅响应紫外光。通过过渡金属掺杂的ZnS在可见光照射下产氢，但其光催化活性不高。最近有研究发现两者形成的固溶体ZnxCd1-xS具有更优的能带结构及稳定的催化活性，是一种理想的可见光催化材料。形成固溶体后ZnxCd1-xS导带位置比CdS更负，意味着其产氢效率会高于CdS催化剂，这一优势已被最近的相关实验报道所证实。

由于光催化分解水包括光电转换，电荷分离与迁移等多种物理化学过程，单一的催化剂很难独立满足各个过程的要求，因此导致产氢效率不高。利用贵金属-半导体纳米复合体系成为提高光催化产氢活性的重要手段。在此结构中金属与半导体表面相接触，形成的肖特基势垒成为了俘获激发电子的有效陷阱，促进了光生载流子的分离，抑制了电子和空穴的复合。贵金属的引入同时还降低了还原反应的超电压，进而提高催化剂的活性。在贵金属-半导体光催化体系的相关报道中，一个值得关注的现象是该复合结构普遍选择单质贵金属作为共催化剂，有关合金共催化的半导体复合结构报道很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化效率高、稳定性高的复合光解水催化剂及其制备方法。

为了达到上述目的，一方面，本发明提供了一种复合光解水催化剂，其包括ZnxCd1-xS纳米半导体颗粒，以及生长在所述ZnxCd1-xS纳米半导体颗粒表面的Pt基合金纳米颗粒，其中，0<x<1。

第二方面，本发明提供了一种复合光解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A.将可溶性Zn盐、Cd盐溶解于有机溶剂，并加入S2-的有机溶液，在160～180℃反应1～2h，降温至120～130℃；