[发明专利]一种羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z-scheme光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z‑scheme光催化剂的制备方法，该方法利用水热法和共沉淀法，在硫化镉纳米带表面负载羟基氧化铁纳米颗粒，构建直接Z‑scheme光催化剂，实现了硫化镉的光生空穴与羟基氧化铁的光生电子复合，硫化镉上剩余的光生电子可以充分产氢，羟基氧化铁上剩余的光生空穴可以充分发生氧化反应，实现整个光催化反应中两个方向的反应达到同步，进而提升光催化效率，实现高效光催化分解水产氢。

技术领域

本发明涉及一种光催化产氢催化剂，特别是涉及一种羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z-scheme光催化剂及其制备方法，属于光催化材料及其制备的技术领域。

背景技术

随着当今全球能源危机和环境污染的日益严重，利用太阳能转化为氢能而受到广泛的关注，尤其是光催化分解水产氢已经成为一种利用太阳能，并实现能量转化和存储以及环境治理的有效途径。光催化技术如何提高光催化剂的效率成为当前研究的热点问题。在实现光催化的过程中，电荷分离是光催化过程的重要一环，其效率直接影响光催化剂的最终效率，合理地设计光催化剂的纳米结构是提高光催化剂电荷分离效率的重要手段。

目前，已经提出各种光催化异质结构，而直接Z-scheme光催化剂与传统的异质结构相比，直接Z-scheme光催化剂由两种半导体材料组成，可以促进光催化剂的电荷分离效率，它模拟的是自然光合作用过程，不仅促进了载流子的分离，而且保持了高的氧化还原势。也就是说，低还原电势半导体中的光生电子和另一个低氧化电势的光生空穴结合，从而使得光生电子和空穴具有很高的氧化还原能力参与表面的氧化还原反应。因此，构建直接Z-scheme光催化剂成为目前备受关注的利用太阳能转化为氢能的有效方法。

但目前的直接Z-scheme光催化剂还是处于研究阶段，有关具体的直接Z-scheme光催化剂报道很少，因此，如何设计合成一种新的直接Z-scheme光催化剂是目前具有挑战性的工作。

硫化镉的禁带宽度为2.4eV，其导带和价带位置分别为-0.52V(vs.NHE)和1.88V(vs.NHE)，材料具有充分的产氢还原电势，但是氧化能力不足，导致其光生电子和空穴的消耗速率不同，会显著抑制光生电子的浓度，进而限制了光催化产氢的效率。羟基氧化铁的禁带宽度为2.6eV，其导带和价带位置分别为0.58V(vs.NHE)和3.18V(vs.NHE)，材料不具有产氢还原电势，但是氧化能力很强。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z-scheme光催化剂及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z-scheme光催化剂，所述的直接Z-scheme光催化剂为硫化镉纳米带上负载羟基氧化铁纳米颗粒，硫化镉纳米带的宽度为50-70nm，羟基氧化铁纳米颗粒的直径为10-30nm，两者的能带匹配形成直接Z-scheme异质结催化剂。

根据本发明优选的，羟基氧化铁纳米颗粒的负载量为10wt％-30wt％。

本发明另一个目的是提供一种羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z-scheme光催化剂的制备方法。

一种羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z-scheme光催化剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将硫化镉纳米带均匀分散在去离子水中，得硫化镉纳米带分散液；

(2)向硫化镉纳米带分散液中加入硝酸钠，搅拌反应8-12min，然后加入氯化铁继续搅拌反应8-12min，调节溶液pH为1.5-2，然后置于85-95℃下保温反应3-6h；

(3)过滤步骤(2)后的反应溶液，依次用乙醇，去离子水反复冲洗；然后将分离得到的产物干燥后即得羟基氧化铁/硫化镉纳米带直接Z-scheme光催化剂。