[发明专利]用于有效产生氢气的半导体/M1/CDXM1-XS基光催化剂

权利要求书

1.一种包含金属纳米颗粒的光电化学(PEC)薄膜，所述金属纳米颗粒位于Cd_xM_1-xS半导体材料和金属氧化物或氮化碳半导体材料之间，其中M是Zn、Fe、Cu、Sn、Mo、Ag、Pb或Ni、或其组合，且x<1。

2.根据权利要求1所述的PEC薄膜，其中所述金属氧化物为TiO₂、SrTiO₃、掺杂金属的SrTiO₃、掺杂金属的WO₃、WO₃、掺杂金属的BiVO₄或BiVO₄，优选为TiO₂，或所述氮化碳材料为C₃N₄。

3.根据权利要求1所述的PEC薄膜，其中所述金属纳米颗粒包含过渡金属(M1)，优选Pt、Pd、Au、Ag、Ir、Ru、Rh、Mo、Ni、Cu、Co、Fe、W或Sn以及其组合或其合金，更优选Fe、Cu、Au、Pt、Pd、Ni、Ag、Au/Ni、Au/Pd、Au/Cu、Ag/Ni、Ag/Pd或Ag/Cu。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的PEC薄膜，其中膜为TiO₂@Ag/Pd@Cd_xM_1-xS。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的PEC薄膜，其中所述金属颗粒为Pt、Au、Pd或Pd/Ag纳米颗粒，第一半导体为Cd_xNi_1-xS，所述金属氧化物为TiO₂，优选为TiO₂@Pt@Cd_xNi_1-xS。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的PEC薄膜，其中所述金属纳米颗粒是两种或三种金属的核-壳或合金纳米颗粒。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的PEC薄膜，其中所述金属氧化物或氮化碳与金属纳米颗粒的比为50:1至1000:1。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的PEC薄膜，其中所述金属氧化物或氮化碳与S的比为4:1至1:2。

9.一种光催化反应器，其包含具有用于将水或水溶液进料至反应室的入口的反应器，所述反应室包含：

(i)光电化学(PEC)组合件，其包含权利要求1至8中任一项所述的PEC薄膜；

(ii)H₂气产物出口；

(iii)O₂气产物出口；和

(iv)离子交换膜。

10.根据权利要求9所述的反应器，其中所述反应室是可透过可见光的。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的反应器，其中所述Cd_xM_1-xS半导体材料沉积在导电载体上。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的反应器，其中所述导电载体具有包含氢离子还原催化剂的基底涂层。

13.根据权利要求12所述的反应器，其中所述氢离子还原催化剂是金属合金，例如比例为10:1至1:10的Mo/Ni。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的反应器，其中所述导电载体是不锈钢、钼、钛、钨、钽或其合金。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的反应器，其中金属氧化物或氮化碳半导体材料还包括在材料表面上的氧离子氧化催化剂。