[发明专利]3D分级立方体状α-MnS@CuS Z型异质结构光电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种3D分级立方体状α‑MnS@CuS Z型异质结构光电催化剂及其制备方法和应用，制备方法如下：将CuClsubgt;2/subgt;·2Hsubgt;2/subgt;O溶解于乙二醇/去离子水的混合溶剂中，再加入CHsubgt;3/subgt;CSNHsubgt;2/subgt;搅拌均匀，继续加入α‑MnS，搅拌，转移到高压釜中进行反应，自然冷却至室温收集样品，去离子水和乙醇洗涤数次，干燥得到目标产物。在可见光照射以及特定附加偏压作用下，在180min内催化合成的Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;的产量高达到1.6mmol/L。本发明具有简便、高效、成本低、对可见光吸收度高的特点能够应用于光催化制备过氧化氢以及降解有机物等领域。

技术领域

本发明涉及可见光响应的3D分级立方体状α-MnS@CuS Z型异质结复合催化剂及其制备方法和在光电催化制备H₂O₂方面的应用，主要针对于工业上大规模生产H₂O₂，属于高附加值化学品、催化剂生产技术领域。

背景技术

光催化技术是一种成本低、性能高、不会引发二次污染的成熟绿色技术，在绿色氧化降解和绿色合成方面均显示出潜在的应用前景。光电催化可以实现在电驱动下更有效地利用太阳能，提高太阳能转换成化学能的光能转换效率，以取得更好的应用价值。

过氧化氢(H₂O₂)作为一种仅以水和氧气为副产物的清洁化学氧化剂引发了人们的广泛关注。它不仅具有环境友好以及可再生等一系列优点，还是非常有前景的新型化学资源，被广泛应用于生物科学(消毒)，环境修复(有机分解)和化学加工(纸浆漂白)等多个行业中。传统的H₂O₂的工业合成方法由于工艺复杂、成本高且产生大量的废弃有毒副产物等限制了这几种方法的实际应用。近年来，光催化生产H₂O₂受到了人们越来越多的关注，因为该过程仅需要水、氧气和阳光作为原料，将低密度太阳能转化为可储存化学能，具有无二次污染，设备简单，投资少，产量高等优点。但光催化生产H₂O₂这一手段很难选择性地阻止热力学更有利的4e^-生成O₂的副反应发生，而电催化与光催化相结合的光电催化手段进行相关改性可以有效克服这两种缺点，且催化剂更易回收，从而是一种更清洁可持续的生产方法。目前光电催化技术已被广泛被用于各种催化领域，包括产H₂、O₂以及CO₂的还原，但由于在光阳极上通过光电化学水氧化反应生成H₂O₂时会具有比较高的氧化电位以及两种副产物O₂和·OH，在H₂O₂生产方面所需要的催化剂既要有很强的氧化能力又要具有一定的选择性。另外，光生电子和空穴的复合导致光量子产率低，也限制了光电催化技术在实际中的应用。

研究发现，过渡金属硫化物兼具优良的光、电化学性能。片状、花状、立方体状等多种结构的硫化物通常具有很大的导电率使之具有很好的电化学性能；大多数过渡金属硫化物具有相对窄的带隙而具有比较好的可见光利用效率；同时具有很好的机械强度，容易获得，循环性好等优点，使其成为减少环境污染、生产和储存能源以及各种科学活动的最佳候选之一。因此，设计并构建具有大比表面积、良好的日光收集能力、良好的导电性、合适的能带位置的半导体材料，将是一种十分有效的用于生产H₂O₂的策略。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有可见光响应并能有效分离光生电子和空穴的3D分级立方体状α-MnS@CuS Z型异质结复合催化剂及其制备方法。

本发明的目的之二是提供一种利用3D分级立方体状α-MnS@CuS Z型异质结复合催化剂光电催化制备H₂O₂的方法。