[发明专利]一种氧化铁-硫化钼-硫化镉可见光催化薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化铁‑硫化钼‑硫化镉可见光催化薄膜的制备方法：(1)以Fe²⁺的前驱体溶液作电解液，在导电基底上进行电沉积后煅烧处理得Fe₂O₃薄膜；(2)将上述Fe₂O₃薄膜浸没于MoS₂的前躯体溶液中，用水热法制得Fe₂O₃‑MoS₂薄膜；(3)将上述Fe₂O₃‑MoS₂薄膜置于Cd²⁺的前驱体溶液中，加热反应制得Fe₂O₃‑MoS₂‑CdS可见光催化薄膜。本发明还包括采用上述方法制得的氧化铁‑硫化钼‑硫化镉可见光催化薄膜及利用该膜在处理含酚废水中的应用。本发明制备工艺简单，重复性高，并且经济成本较低。通过具有不同能带结构的三种光催化剂的结合，形成协同作用，大大提高了光催化性能。

技术领域

本发明涉及光电催化材料技术领域，特别是涉及一种氧化铁-硫化钼-硫化镉可见光催化薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

现今，随着能源和环境问题日益加重，寻求高效无害的环境友好的污染治理技术已成为人类亟待解决的课题。光电催化技术以其高效、无害、能耗低、环境友好等特点而备受瞩目，在环境净化和新能源开发方面具有巨大的潜力，并且展现了其优越的应用前景。此技术的关键在于制备高效、稳定的光催化薄膜。然而，发展高效且实际应用性强的光催化材料仍旧是一个巨大的挑战。

Fe₂O₃作为一种可见光响应型半导体材料，其带隙能为2.2eV，最大吸收波长为560nm，在紫外和可见光照射下均有较好的光响应。此外，其还兼有物理和化学稳定性好、经济成本低、对环境危害低等优点。但是，Fe₂O₃材料缺点在于光生电子和空穴易复合且光吸收系数小，致使光催化活性较低。近年来，通过对Fe₂O₃催化剂进行掺杂或复合改性来提高Fe₂O₃光催化活性的研究应运而生。

MoS₂是良好的二维片状纳米材料，由于其优异的电学和光学性质而在光催化、锂离子电池和光电子器件等领域受到广泛关注，其比表面积大，可以做为基底材料固定多种材料。另外，CdS是一种非常有潜力的半导体(带隙宽度为2.4eV)，其带隙宽度与Fe₂O₃接近。

为了提高可见光催化剂活性，抑制光生电子-空穴的复合，目前，通常将两种能带结构匹配的半导体复合，形成异质结构的复合光催化剂。一般可采取改性掺杂及半导体复合等方法。其中，半导体复合是将两种或多种带隙相互匹配的不同光催化剂进行复合，形成异质结构的复合光催化剂，而其催化活性也远高于单个半导体材料的催化性能。但不同半导体之间能带和结构等均存在着较大差异，只有将价带和导带位置相互匹配的两种或多种光催化材料进行复合，才能最大程度的减少电子和空穴的复合，提升光催化效果。因此，寻找能够相互匹配的半导体进行复合从而形成高效稳定的光催化剂是关键。

对于如何提升光催化性能，不同材料自身的导电性能、带隙能、价带(或导带)位置等多种因素都会对其有所影响，目前多数研究注重于两种半导体的复合，其光催化效果不尽如人意，而多种半导体共复合的研究较少。然而，多种半导体共掺杂改性可以取得协同作用效果，使催化剂性能得到质的提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Fe₂O₃-MoS₂-CdS可见光催化薄膜及其制备方法，复合光催化材料表现出较高的光催化活性及稳定性，且制备方法简单经济。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：