[发明专利]一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂、光催化体系及分解水制氢的方法

说明书

本发明公开了一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂，所述磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂的化学式为P‑Zn_xCd_1‑xS，其中0≤x≤1。本发明还公开了所述磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂的制备方法，包括如下步骤：将硫化锌镉固溶体与磷源混匀后进行磷化反应，制得磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂。本发明的制备方法原料种类少、廉价易获得，反应条件温和，操作简单。本发明还公开了一种包括所述磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂的光催化体系，该光催化体系无需添加任何助催化剂和电子牺牲剂，反应体系简单，在纯水条件下催化水分解，更利于实际应用。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域。更具体地，涉及一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂、光催化体系及分解水制氢的方法。

背景技术

近年来，半导体光催化技术因其在解决环境污染问题和缓解能源危机等方面具有广泛的应用前景而备受关注。其中，窄带隙半导体硫化镉(CdS)，能够响应可见光，并具有合适的能带位置，已引起广泛地研究。但是，硫化镉的光生电子-空穴对分离效率低，并且存在严重的光腐蚀现象，限制了其实际应用。为了提高硫化镉的光催化活性和稳定性，可以将其与具有相似晶格结构的硫化锌进行复合，形成硫化锌镉(Zn_xCd_1-xS)固溶体。通过改变固溶体中锌与镉的摩尔比例可以调控固溶体的带隙和能带位置，其导带电势比硫化镉的更负，且禁带宽度比硫化锌的更小，两个因素均有利于可见光光催化反应。

但是半导体类光催化剂本身的光催化效率一般都很低，为了进一步提高硫化锌镉固溶体的光催化活性，目前报道的主要方法是在其表面负载助催化剂。但是，负载助催化剂使得催化体系样品制备过程繁琐、生产成本增加、光催化体系复杂。研究表明，对半导体材料进行适当的磷掺杂可以提高其光催化活性，主要包括磷掺杂二氧化钛、磷掺杂氮化碳和磷掺杂石墨烯。然而，磷掺杂Zn_xCd_1-xS固溶体鲜有报道。

同时，目前的光催化分解水体系除了含有半导体、助催化剂和水以外，往往还包括种类繁多的电子牺牲剂用于抑制电子-空穴对的复合，例如乳酸、甲醇、Na₂S-Na₂SO₃混合水溶液、乙醇酸、苦杏仁酸、抗坏血酸、三乙胺、三乙醇胺等。但是，牺牲剂的添加本身就是一种资源浪费，而且如果分解不完全，将会对自然环境造成二次污染。

因此，需要提供一种一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂、光催化体系及分解水制氢的方法，至少解决上述之一的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂。

本发明的另一个目的在于提供一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂的应用。

本发明的第四个目的在于提供一种包含上述磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂的光催化体系。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂，其化学式为P-Zn_xCd_1-xS，其中0≤x≤1。