[发明专利]一种复合光催化剂CdS‑Pt@CeO2及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于新型材料制备和光催化分解水制氢的技术领域，具体涉及一种复合光催化剂CdS-Pt@CeO₂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的日益严重，人类社会的可持续发展面临巨大挑战，如何有效地利用太阳能来治理污染和开发新能源己引起世界各国的广泛关注。近年来，半导体光催化技术因在氢能源开发和环境污染治理上的重要应用前景，而受到众多领域科学工作者的广泛关注，但由于传统的TiO₂基光催化剂存在量子效率低和太阳能利用率低等缺点，制约了光催化技术的实际应用，新型高效可见光催化剂的开发设计是利用太阳能治理环境污染和开发氢能源的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合光催化剂CdS-Pt@CeO₂及其制备方法和应用，制备方法简单易行、不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，有利于推广；应用于可见光催化分解水制氢，具有电荷分离效率高、催化活性高和稳定性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合光催化剂，由二氧化铈、硫化镉和铂三组分构成的复合材料CdS-Pt@CeO₂；其中二氧化铈、硫化镉和铂的摩尔百分数为：二氧化铈20~80%、硫化镉20~80%、铂0.01~2%，三组分的摩尔百分数之和为100%。

制备方法是采用两步沉淀合成法。具体步骤如下：

（1）一步沉淀法制备Pt@CeO₂

将固体铈盐溶于去离子水中制得铈源溶液；将碱性物质溶于去离子水中制得碱溶液；将作为铂源的化合物溶于去离子水中制得铂源溶液；在铈源溶液中通入惰性气体，边搅拌边滴加碱溶液，继续搅拌10~60min，加入铂源溶液继续搅拌60~180min，自然冷却至室温，关停惰性气体，沉淀分别用水和乙醇离心洗涤，至离子浓度<10ppm，40~120℃干燥6~24小时，得到Pt@CeO₂粉末；

（2）二步沉淀法制备CdS-Pt@CeO₂

将镉盐配成镉源溶液；将硫盐配成硫源溶液；将步骤（1）制得的Pt@CeO₂分散于去离子水中，搅拌下加入镉源溶液，搅拌10~60min，加入硫源溶液，搅拌0.5~3 h，自然冷却至室温，离心分离，沉淀用水和乙醇离心洗涤，至离子浓度<10ppm，40~120℃真空干燥6~24小时，研磨，得到CdS-Pt@CeO₂粉末。

步骤（1）中所述的固体铈盐是硝酸亚铈、氯化铈中的一种，所述的碱性物质是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，所述的作为铂源的化合物是氯铂酸、氯铂酸钾中的一种，所述的铈源溶液的浓度为0.01~2 mol/L，所述的碱溶液的浓度为0.1~2 mol/L，所述的铂源溶液的浓度为2~10 g/mL，所述的惰性气体是氮气、氩气中的一种；步骤（2）中所述的镉盐是醋酸镉、硝酸镉、氯化镉中的一种，所述的硫盐是硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲中的一种，所述的镉源溶液的浓度为0.01~2 mol/L，所述的硫源溶液的浓度为0.01~2 mol/L。

步骤（1）中所述的碱与铈源的摩尔比为20~120∶1，所述的铂源与铈源的摩尔比为0.001~0.1∶1；步骤（2）所述的镉源与Pt@CeO₂的质量比为0.1~5∶1，所述的硫源与Pt@CeO₂的质量比为0.1~5∶1。

所述的复合光催化剂CdS-Pt@CeO₂应用于可见光催化分解水制氢。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明提供的方法不用带压操作，不用高温焙烧，利用三价铈源的还原性和铂源材料的氧化性一步沉淀合成，节省了能耗、材料和装置的费用，还具有操作简便的优点，有利于大规模推广。

（2）本发明首次提供了一种CdS-Pt@CeO₂复合光催化剂，能将太阳能转换为化学能，能在可见光下实现高效分解水产氢，具有电荷分离效率高、催化活性和稳定性好的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1中CdS-Pt@CeO₂的X射线衍射（XRD）图。

图2是本发明实施例1中CdS-Pt@CeO₂的X射线光电子能谱（XPS）图。

图3是本发明实施例1中CdS-Pt@CeO₂的透射电镜（TEM）图。