[发明专利]一种Z型结构Mn0.5Cd0.5S/Ag/Bi2WO6复合型光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Z型结构Mn_0.5Cd_0.5S/Ag/Bi₂WO₆复合光催化剂及其制备方法，属于无机功能材料领域。将Ag和Bi₂WO₆负载在Mn_0.5Cd_0.5S上制备得到Z型结构Mn_0.5Cd_0.5S复合光催化剂，其中Ag、Bi₂WO₆与Mn_0.5Cd_0.5S三者质量比为0.01‑0.05:0.5‑2:1。本发明中，Ag纳米颗粒作为电子传导的介质，能快速将Bi₂WO₆导带上的电子转移到Mn_0.5Cd_0.5S价带并与其价带上空穴复合，从而有效减少催化剂中光生电子和光生空穴的复合速率，提高量子效率和光解水制氢催化活性；本发明操作条件温和，所制备的光催化剂具有团聚程度低、分散性好及光催化活性高等优点。

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种Z型结构Mn_0.5Cd_0.5S/Ag/Bi₂WO₆复合型光催化剂及其制备方法。

背景技术

当今社会，由于人类对化石能源的过度依赖和使用，给当今世界带来了巨大的能源危机和环境污染等问题，这促使了人类探索开发新的清洁、可循环能源。在可再生能源中，太阳能是一种具有极大研究价值的能源。尽管有多种方法来探索利用太阳能，比如：太阳光伏、聚焦式太阳能发电技术、直接转换太阳能为化学能、光解水制氢等。但最终目的都是利用太阳光把水分解成H₂和O₂，这是因为水是地球上最容易获得且价格低廉的氢能源，具有取之不尽、清洁等独特优势。

研究者们已经开发了各种各样的半导体材料，用于在可见光照射下分解水，但是其光生电荷分离和迁移的效率不高的问题，阻碍了这些半导体材料光催化性能的进一步提高。在许多光催化剂中，金属氧化物、硫化物、氮化物等已经发展起来。在这些光催化剂中，Mn_0.5Cd_0.5S固溶体最近被研究起来，因为它在光催化制氢中具有良好的可见光吸收和适合的导带、价带。由于光诱导载体的分离率低，Mn_0.5Cd_0.5S固溶体制氢性能依然很低。

发明内容

为了进一步解决Mn_0.5Cd_0.5S固溶体光催化产氢效率，将两种半导体材料结合在一起，利用两者能带位置上的差异，促进光生载流子在半导体之间迁移，以此减少电子和空穴的复合，从而提高半导体的光催化性能。

在许多异质结光催化剂中，Z-体系光催化系统过程具有比较优异的分离光生电子和空穴的能力。其中贵金属Ag是电子的转移媒介，通过转移电子来提高光催化活性。Bi₂WO₆具有较窄的带隙和吸收可见光的特性。本发明中将Ag负载到Mn_0.5Cd_0.5S固溶体上，利用Ag纳米颗粒作为电子传导的介质，能快速的将Bi₂WO₆导带上的电子转移到Mn_0.5Cd_0.5S的价带并与Mn_0.5Cd_0.5S价带上的空穴复合，这样一方面可以有效减少Mn_0.5Cd_0.5S催化剂中光生电子和光生空穴的复合速率，另一方面又保持了复合光催化剂中光生电子具有较高的还原性，从而提高了量子效率和Mn_0.5Cd_0.5S光解水制氢催化活性。同时，Ag纳米颗粒作为一种有效的助催化剂，能有效降低光催化水解制氢过程的过电位，显著提高制氢速率，从而提高Mn_0.5Cd_0.5S光解水制氢的催化活性，具有巨大的潜在工业应用前景。