[发明专利]一种复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种复合材料及其制备方法，包括：CdS纳米片，所述CdS纳米片表面结合有WS₂量子点和L‑半胱氨酸。本发明的采用1‑10nm厚度的CdS纳米片可以缩短载流子传输路径，从而降低了光生电子空穴对的内部复合几率，且1‑10nm厚度的CdS纳米片具有大的比表面积，增加了活性位点，有利于增强光催化活性；L‑半胱氨酸结合在CdS纳米片表面，在光照过程中会缓慢释放出S^2‑离子，可以减轻CdS纳米片的光腐蚀现象，提高光催化稳定性；量子点作为催化剂的材料，具有量子限制、边缘效应，并且量子点大的比表面积的可以提供更多的产氢活性位点，加速还原反应的进行，催化产氢性能会明显提高。

技术领域

本发明涉及量子点复合材料领域，尤其涉及光催化材料。

背景技术

氢能是最受瞩目的清洁和无碳能源，被视为化石燃料理想的替代品，但是现有的工业技术不适于生产燃料用途的氢气。利用光催化技术将太阳能转化为氢气被认为是最具前景的制氢途径之一，有望从根本上解决能源短缺及环境污染问题。

光催化反应就是利用半导体的结构特性将太阳能转换成高能量密度的化学能并且储存在化学键里的反应过程。半导体材料具有不连续的能带结构，即包含能量高的空的导带（CB）和能量低的满的价带（VB）。而导带底端和价带顶端的能量带隙被称为禁带，禁带宽度用Eg表示，价带上的电子不稳定，当半导体受到能量大于其禁带宽度的光的照射时，价带电子吸收能量跃迁到导带，在价带上留下光生空穴（h+）。导带上的光生电子具有强还原性，可以将H⁺离子还原成H₂，价带上的光生空穴具有强氧化性，可以将水氧化成O₂。

半导体光催化水分解产氢的关键在于选择适宜的光催化剂。然而，早期的光催化剂如TiO₂等大多为紫外光响应的（紫外光占太阳光能量的5%，可见光占太阳光能量的大约46%），对太阳光的利用率过低，价带和导带的电位也难以同时满足各种催化反应的电位需要，而且还存在成本高、光生电子-空穴对极易复合、量子效率低等缺陷。

到目前为止，没有一种便宜且可商业化的材料满足高的可见光量子效率、稳定性、安全性和便宜性等所有的条件。因此，为了克服这种挑战，开发高效稳定的可见光响应光催化剂就成为亟待解决的关键问题，也是实现工业化应用的关键。

硫化镉（CdS）禁带宽度约为2.4 eV，不仅对可见光有很强的吸收，导带和价带电位也同时满足光催化分解水的条件，被视为理想的可见光响应光催化剂。但是在没有任何修饰和改性的情况下，窄带隙半导体的光生电子-空穴对易复合、光生电子和空穴的氧化还原能力较弱、表面活性位点数量少等问题导致其光催化量子效率并不理想。CdS中Cd元素和S元素以离子键形式结合，在长时间光照后，强氧化性的光生空穴能够将S^2-离子氧化为S单质，严重的光腐蚀现象缩短了CdS光催化剂的催化寿命，大幅降低了光催化产氢的活性和稳定性。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合材料及其制备方法，所述复合材料适用于光催化领域，具有很好的可见光光催化产氢活性和稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种复合材料，其中，包括：CdS纳米片，所述CdS纳米片表面结合有量子点和L-半胱氨酸。

本发明提出了由CdS纳米片表面结合有量子点和L-半胱氨酸的复合光催化剂。本发明的采用1-10nm厚度的CdS纳米片可以缩短载流子传输路径，从而降低了光生电子空穴对的内部复合几率，且1-10nm厚度的CdS纳米片具有大的比表面积，增加了活性位点，有利于增强光催化活性；L-半胱氨酸结合在CdS纳米片表面，在光照过程中会缓慢释放出S^2-离子，可以减轻CdS纳米片的光腐蚀现象，提高光催化稳定性；量子点作为催化剂的材料，具有量子限制、边缘效应，并且量子点大的比表面积的可以提供更多的产氢活性位点，加速还原反应的进行，催化产氢性能会明显提高。