[发明专利]一种NiCd双非贵金属修饰的CdS可见光催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种NiCd双非贵金属修饰的CdS可见光催化剂的制备方法及其应用。以溶剂热法制备的CdS为前驱体，通过热处理法合成中间体CdO/CdS复合材料，再利用硼氢化钠原位化学还原方法得到Cd/CdS，然后采用光沉积的方法最终得到NiCd共修饰的CdS可见光催化剂。本发明制备出的NiCd/CdS复合可见光催化剂与空白CdS或单金属修饰CdS相比，大大提高了催化剂对可见光的吸收利用，且NiCd双金属与CdS之间具有非常紧密的接触，从而光生电子‑空穴能更好地分离，光催化效率更高、稳定性高，可用于光催化分解水制氢；并且制备条件要求低，操作简单，原材料廉价易得，对环境友好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备及可见光光催化技术领域，具体涉及一种NiCd双非贵金属修饰的CdS可见光催化剂的制备方法及其在光催化产氢反应中的应用。

背景技术

随着经济的快速发展，环境污染与能源紧缺问题日益凸显，成为21世纪人类社会发展道路上面临的两大挑战。半导体光催化技术是以太阳能转化与储存为核心，以光能驱动光催化反应。将太阳能转化成化学能被认为是解决能源与环境这两个问题的一种理想的途径。但是，目前光催化剂技术在实际生产中的应用仍然面临着一些问题。例如，量子效率低，光催化剂光响应范围窄，稳定性差等。因此，寻找和制备高效、稳定的可见光光催化材料是实现光催化技术实际应用的先决条件, 也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之一。

CdS作为一种重要的可见光光催化剂，由于它独特的电学、光学、磁学及其发光性能，在光催化反应中得到广泛的研究。然而，CdS的光生电子和空穴快速复合以及严重的光腐蚀仍然是限制其广泛应用的主要壁垒。因此，如何促进其载流子有效分离对于提高半导体金属硫化物光催化性能至关重要。界面调控是促进载流子有效分离，从而提高光催化活性最为有效的方法之一。

近年来，在半导体表面负载金属（如金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）等）已经引起了众多研究者的兴趣。当金属沉积到光催化材料的表面时，就会在金属和光催化材料的界面处形成肖特基能垒，引起光催化材料表界面性质的改变。肖特基能垒可以作为电子陷阱能够有效地捕获光生载流子，提高光生电子-空穴的分离效率并延长其寿命，从而提高光催化效率。金属/CdS复合材料可以降低光生电子-空穴对的复合率，有利于光催化活性的提高。例如专利CN 104923264A公开了一种贵金属修饰的CdS纳米棒光催化剂的制备方法，该发明中的光催化剂由贵金属Pt、Pd或Ru和纳米棒状CdS构成，通过一锅的溶剂热法实现纳米棒状CdS的形成和贵金属的沉积修饰。所得样品具有高效、稳定的可见光催化活性。专利CN 105413712A公开了一种金纳米棒-CdS-金纳米粒子复合光催化剂。该发明采用简单的静电自组装方法制得的光催化剂具有高催化效率和高选择性。CN 103316693A公开了一种含有助催化剂Cd的光催化剂Cd/CdS及其制备和在光催化产氢反应中的应用，该光催化剂通过超声，微波，光还原等技术实现了Cd/CdS光催化剂的合成，具有太阳光解水制氢性能，有较高的太阳光制氢效率。与单一金属相比，双金属由于其显著不同的结构和电子特性在构建高效、高选择性催化剂方面表现出巨大的潜力。例如专利CN 104492431A公开了一种Au-Pd/TiO₂ NBs光催化剂的制备方法，该发明采用电沉积的方法制得的光催化剂具有显著提高的光催化活性。CN 102935364A公开了一种室温下可见光催化氧化CO的负载型双金属催化剂，该发明采用化学还原和光沉积相结合的方法制得Au、Ag双金属修饰的TiO₂光催化剂，所得催化剂与单一金属组分负载型催化剂相比，可见光下催化氧化CO的活性显著增强，可见光利用效率大大提高。然而上述发明专利所涉及的金属组分为贵金属（资源稀缺，价格昂贵），所涉及的基底光催化剂为宽禁带半导体材料（有限的光吸收），所得双金属助催化剂与基底光催化剂之间界面接触不够紧密（界面电荷传递效率低），严重制约了实际的工业应用。

发明内容