[发明专利]一种绣花球状Ta

说明书

本发明公开一种绣花球状Ta₃N₅/MoS₂异质结光催化材料及其制备方法。呈现出绣花球状，Ta₃N₅纳米棒被均匀的包裹在二维MoS₂层间，且Ta₃N₅与MoS₂之间形成紧密接触的异质结；MoS₂与Ta₃N₅的比例为0.2～1mmol:40mg。本发明将前驱体溶液过夜搅拌操作使得最终制备得到的Ta₃N₅/MoS₂异质结构呈绣花球状。相比于原始的Ta₃N₅，本发明中最优配比的Ta₃N₅/MoS₂异质结光催化剂其光催化产氢速率提高了22倍左右。

技术领域

本发明属于无机非金属能量转换材料中光催化材料领域，具体涉及绣花球状Ta₃N₅/MoS₂异质结光催化材料及其制备方法。

背景技术

能源是文明永恒的主题，氢能作为一种高效的清洁可再生能源，被视为本世纪最具潜力的新能源之一。利用半导体光催化剂分解水制取氢气是一种集太阳能俘获、转换及存储于一体的绿色技术，被称为是无机光化学研究领域的圣杯。以Pt为代表的贵金属是目前最为优异的析氢催化材料，但其昂贵的价格和十分有限的储量，严重限制了其在大规模工业中的应用。因此，开发储量丰富的、廉价的高活性光催化剂，以用于高效光催化分解水制氢，是太阳能-氢能转换领域内一个重要的研究课题。

新型氧氮化物、氮化物与相应氧化物相比具有更窄的带隙以及增强的导电性，近年来在光催化分解水研究当中备受青睐。特别是氮化钽(Ta₃N₅)，具有理想的带隙值(2.1eV)以及合适的带边位置，其理论STH转换效率可达15.9％，是目前国际太阳能光电催化制氢领域主攻体系之一。自2003年开始，在全球范围内，Ta₃N₅作为光电化学分解水电池的光阳极材料逐渐成为研究热点。然而，尽管Ta₃N₅具有全解水的潜力，但其光催化产氢活性非常低。究其原因，Ta₃N₅不足的光生电荷分离能力严重制约其产氢活性的进一步提升。因此，强化Ta₃N₅光生电荷分离是推动其在光催化领域应用的关键。对于一个有效的光催化体系，除了用于吸收光能产生电子空穴对的半导体作为主体光催化剂以外，在催化剂表面负载助催化剂常常是必不可少的。通常，助催化剂可以作为电子或空穴的捕获点来加速主体光催化剂中电子空穴对的分离。同时，合适的助催化剂有时还可以作为催化反应活性位点降低氧化或还原反应中的过电势，提高光催化反应速率。二维MoS₂是目前研究较多的一类非贵金属助催化剂，研究表明，二维MoS₂可作为析氢助催化剂，提供合适的析氢活性位点，降低析氢反应势垒。另外，作为一种重要的二维类石墨烯半导体材料，二维MoS₂纳米片比表面积大，带隙可调，吸附性能好，可与多种半导体(CdS、TiO₂、p-Si、g-C₃N₄等)构建异质结构，从而有利于光生电子空穴对分离。因此，综合上述考虑，通过二维MoS₂与Ta₃N₅的导向组装与合理优化，发明一种Ta₃N₅/MoS₂异质结光催化材料的制备方法，极有可能实现强化Ta₃N₅光生电荷分离并提高其光催化产氢活性的目的。

发明内容