[发明专利]一种三元复合光催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种三元复合光催化剂的制备方法，包括：S1)将MOFs与贵金属盐在第一溶剂中混合，然后进行辐射，得到复合贵金属的MOFs；S2)将所述复合贵金属的MOFs、硫源与金属盐在第二溶剂中混合，然后进行辐射，得到三元复合光催化剂。与现有技术相比，本发明利用辐射法辐射穿透力强，可在MOFs基底上均匀生长贵金属与金属硫化物的纳米颗粒；同时MOFs的多孔结构可有效限制金属硫化物纳米颗粒的大小，防止颗粒团聚，抑制光生电子‑空穴对的复合；并且由于贵金属和MOFs形成了肖特基势垒，提高了三元复合光催化剂的光生电子‑空穴对的分离效率，具有优异的可见光分解水制氢性能。

技术领域

本发明属于复合光催化剂技术领域，尤其涉及一种三元复合光催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

全球能源短缺和环境污染问题推动了对新能源的深入研究。为解决这一具有挑战性问题，利用太阳能进行光催化水裂解产氢是一种具有很好应用前景的解决方案，因为氢能源对生态友好，且具有较高的热转换效率，被认为是“绿色”能源。但由于产氢涉及到电子转移过程而较难发生，因此，选择高效稳定的光催化剂是实现光催化分解水的关键因素之一。

金属-有机框架(MOFs)作为一种新兴的晶体材料，由于其独特的多孔结构，在催化等领域有很大的潜在应用。大多数MOFs具有宽的带隙，比如MIL-125，虽然提高了电荷载流子的高氧化还原能力，但只能吸收紫外光，限制了对太阳能的利用。

部分金属硫化物如硫化镉，作为光催化分解水的常见半导体，由于其合适的带隙，通过有效吸收太阳光促进电荷载流子的激发，因而获得广泛应用。然而，单一组分的硫化物如纯CdS存在一些限制产氢效率的缺点，如光生电子空穴对的高复合率。此外，CdS容易聚集并形成较大的颗粒，导致比表面积减小，光催化性能变差。

为改善这些问题，进一步提高光解水制氢的效率，选择适合的复合光催化剂体系是一种简单易行的方法，例如有研究报道，已经开发了几种复合光催化剂，如TiO₂-Au-CdS(Applied Catalysis B:Environmental,2016,184:182-190.)和MoS₂/UIO-66/CdS(Applied Catalysis B:Environmental,2015,166:445-453.)。但这些复合光催化剂的制备相对复杂，需化学引发剂和还原剂进行反应。

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制备方法简单且催化活性高的三元复合光催化剂、其制备方法及应用。

本发明提供了一种三元复合光催化剂的制备方法，包括：

S1)将MOFs与贵金属盐在第一溶剂中混合，然后进行辐射，得到复合贵金属的MOFs；

S2)将所述复合贵金属的MOFs、硫源与金属盐在第二溶剂中混合，然后进行辐射，得到三元复合光催化剂。

优选的，所述MOFs选自钛基有机框架材料、铬基有机框架材料与锆基有机框架材料中的一种或多种；更优选选自MIL-125、MIL-125-NH₂、MIL-101、UIO-66与UIO-66-NH₂中的一种。

优选的，所述MOFs与贵金属盐的质量比为40：(0.5～3)；所述复合贵金属的MOFs与金属盐的质量比为1：(0.1～5)。

优选的，所述贵金属盐选自铂盐、金盐与钯盐中的一种或多种；所述金属盐选自镉盐；所述第一溶剂与第二溶剂为醇溶剂与水的混合溶剂；所述混合溶剂中醇溶剂的体积百分数为1％～5％；所述硫源选自硫代乙酰胺、硫化钠、二硫化碳、硫醇、硫代硫酸钠和硫脲中的一种或多种。

优选的，所述MOFs按照以下方法制备：

将金属源与有机配体在溶剂中混合，加热进行溶剂热反应，得到MOFs。