[发明专利]一种CdS/Cu2

说明书

本发明提供了一种CdS/Cu₂S/Co基光电催化材料，包括基底，所述基底表面负载有CdS、Cu₂S和Co基助催化剂；所述CdS和Cu₂S复合形成CdS/Cu₂S异质结。制备的新型可见光响应的CdS/Cu₂S/Co基光电催化材料，解决了CdS较为严重的光腐蚀问题，也解决了光生电子和空穴易复合的问题，大大提升了光电催化活性与电极的稳定性，实现了高效稳定的光电催化分解水性能，具有结构稳定、光催化性能较高等特点。光电测试表明，本发明制备的CdS/Cu₂S/Co‑Pi薄膜电极的光电流相对于单纯CdS薄膜电极提升了6倍。

技术领域

本发明涉及光电催化能量转换领域，尤其涉及一种CdS/Cu₂S/Co基光电催化材料及其制备方法。

背景技术

近年来，能源短缺、环境污染等问题引起了人们的广泛关注，寻找和开发低成本的洁净能源和有效的环保技术，已经成为人类可持续发展的重要课题。半导体光电催化技术可以将低密度的太阳能转化为高密度的化学能，包括分解水制氢，还原二氧化碳，降解和矿化水和空气中的各种有机污染物等。该技术具有在室温下反应、可直接利用太阳能、无二次污染等优点，对于从根本上解决环境污染和能源短缺问题具有不可估量的意义。经过各国科学家多年的探索和积累，在该领域的研究取得了较大进展，但总体来说，太阳能光电催化效率仍然比较低。其中一个主要原因是由于光生电子-空穴易复合，导致光电催化活性较差。

作为经典的n型半导体材料硫化镉(CdS)，其禁带宽度为2.4eV，能充分利用太阳光中的可见光部分，并具有合适的价带和导带位置，因而备受人们的青睐，被认为是一种很有前途的半导体光电催化材料。但与其它半导体光电催化材料一样，其光照产生的电子和空穴的复合，严重制约了活性的提高，同时，CdS自身也存在严重的光腐蚀现象。为此，科研工作者尝试了一系列方法解决此问题，如形貌调控、负载助催化剂、掺杂、构筑相结/n-n结/p-n 结等。

其中，在光催化分解水过程中，加入适当的助催化剂，可以提供催化反应活性位点，促进催化剂中光生载流子的分离，改善催化反应动力学。贵金属是其中一类较高效的光催化分解水助催化剂材料，然而贵金属材料具有低储量、高成本等缺点，很大程度上制约了它们的大规模实际应用，故而探寻用于光催化分解水的非贵金属助催化剂极为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高活性可见光响应的 CdS/Cu₂S/Co基光电催化材料及其制备方法，制备的光电催化材料具有较高的催化活性。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种CdS/Cu₂S/Co基光电催化材料，包括基底，所述基底表面负载有CdS、Cu₂S和Co基助催化剂；

所述CdS和Cu₂S复合形成CdS/Cu₂S异质结。

本发明对所述基底的材质并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的适用于光电催化材料的基底，在本发明的一些具体实施例中，所述基底为FTO 导电玻璃。

所述Co基助催化剂优选为钴盐或钴的氧化物。

在本发明的一些具体实施例中，所述钴盐为钴的磷酸盐(Co-Pi)或钴的硼酸盐(Co-Bi)，所述钴的氧化物为氧化钴或四氧化三钴。

本发明采用经典的n型半导体材料硫化镉(CdS)，以Cu₂S与CdS复合构建异质结，拓宽了CdS的可见光响应范围，产生更多的光生载流子；同时 CdS和Cu₂S之间构筑的p-n结有利于光生载流子的快速分离和转移，从而提高催化剂的光电催化活性。同时负载Co基助催化剂，通过消耗空穴，加速了分解水的动力学进程，解决了CdS不耐光腐蚀的问题。