[发明专利]一种以双金属纳米粒子为异质结的二维纳米片复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以双金属纳米粒子为异质结的二维纳米片复合光催化剂，由光催化活性组分以及通过粘结剂均匀分布在光催化剂活性组分上的双金属纳米粒子组成，光催化剂活性组分为二维g‑C₃N₄纳米片，粘结剂为0.1～5wt.％的Nafion全氟化树脂溶液，双金属纳米粒子为Pd‑Ag双金属纳米粒子。本发明所述的复合光催化剂使用的原料均为环境友好型材料，而且，Pd‑Ag双金属纳米粒子异质结具有表面等离子体共振效应和界面肖特基效应，能更有效的利用可见光和抑制光生电子和空穴的复合，因而本发明所述的复合光催化剂应用于光催化分解水产氢活性高、稳定性好。

技术领域

本发明涉及光催化分解水产氢用催化剂领域，特别是一种以双金属纳米粒子为异质结的二维纳米片复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，由于传统化石能源的储备有限以及使用它们带来的环境问题越来越突出，人们急需寻找新的替代能源。氢能由于其高效性和清洁性而备受重视。各国科学家竞相开发与氢能相关的产品，镍氢电池以及氢燃料电池汽车等相关产品正从实验室走向社会，氢能经济即将到来。

传统的制氢方式主要是通过煤、石油、天燃气的裂解产生氢气；或者通过电解水制得氢气；由于在氢气制备的过程中消耗了大量的化石燃料，且造成了区域环境污染和全球的变暖，所以开发出绿色清洁的制氢途径成为氢能源开发的目标之一。太阳能和水是地球上重要的两种可再生性资源，利用太阳能分解水来制备氢气是最清洁的制氢途径，一直是人类开发氢能的梦想。因此，新型光催化剂的研究是未来的发展方向。

中国专利公开号CN102641741A公开了一种以金属镉为核异质结构为壳的复合型光催化剂及制备方法。该复合型光催化剂以金属镉为核，半导体异质结构氧化锌和硫化镉为壳，金属镉的所占摩尔比例在50％～90％，氧化锌所占摩尔比例为5％，硫化镉所占摩尔比例为5％～45％；半导体异质结构氧化锌和硫化镉为壳，是指表面为硫化镉镶嵌着氧化锌颗粒的壳，硫化镉壳的厚度为5～50nm，氧化锌颗粒大小为3～50nm；其制备方法将含镉离子前驱体溶解在去离子水中，然后加入锌粉超声和磁力搅拌条件下，镉离子置换金属锌；水洗后，加入硫化盐水溶液硫化处理，或烘干后使用硫化氢气体硫化处理，得到产物为以金属镉为核，半导体异质结构氧化锌和硫化镉为壳的复合型光催化剂。该复合型光催化剂用于光催化分解水制氢，其具有较高的产氢速率。

中国专利公开号CN103316693A公开了一种含有助催化剂Cd的光催化剂Cd/CdS及其制备。该光催化剂是将3CdSO₄·8H₂O和Na₂S₂O₃·₅H₂O溶于蒸馏水中，搅拌、超声使其充分分散，再在350～500W的氙灯下反应10～25h；然后在500～800W的微波炉中火5～25min，离心，洗涤固体沉淀，烘干，研磨，得到光催化剂Cd/CdS，其应用在光催化产氢反应中。

中国专利公开号CN 101623644A公开了一种复合空心球CdS-TiO₂的制备及在光催化分解水制氢中的应用。该光催化剂制备方法利用Cd(NO₃)₂·4H₂O为镉源和TiCl₄为钛源依次采用水热法，二步浸渍法，溶胶凝胶法制得碳核上依次包裹有硫化镉和TiO₂的核壳结构C-CdS-TiO₂复合材料，然后在马弗炉中于400℃焙烧2h，得到复合空心球CdS-TiO₂光催化剂，该催化剂将CdS与TiO₂复合，拓宽了TiO₂光谱响应范围，将其用于太阳能可见光催化分解水制氢的反应中，与TiO₂光催化剂相比，太阳能光能利用率大幅度增加，产氢速率显著提高。