[发明专利]花状孪晶相Zn0.2Cd0.8S光催化材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种花状孪晶相Zn_0.2Cd_0.8S光催化材料的制备方法，将Zn(NO₃)₂·6H₂O和Cd(NO₃)₂·4H₂O依次加入到去离子水中，搅拌至澄清透明，得到混合液；2）再向混合液中加入CH₄N₂S，并搅拌5~10分钟，待CH₄N₂S完全溶解至澄清透明，再转移至反应釜中并向其反应釜中加入水进行反应；3)反应结束后的产物用蒸馏水和乙醇交替洗涤；4）洗涤后对产物进行干燥，干燥后即得到花状孪晶相Zn_0.2Cd_0.8S光催化材料。本发明利用简单的一步水热法合成了一种具有花状孪晶相结构的Zn_0.2Cd_0.8S光催化材料，不仅为Zn_xCd_1‑xS提供了一种新形貌，还可实现形貌的可控制备，获得了很高的光催化水分解产氢效率。该催化材料的制备方法简单、可控、环保、易大规模制备，具有重要的进一步产业化开发应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化分解水产氢材料制备领域，特别涉及一种具有特殊形貌和结构的花状孪晶相Zn_0.2Cd_0.8S光催化材料的制备方法。

背景技术

近几十年来，随着全球能源需求的持续增长，寻找新能源的研究越来越受到人们的关注。作为二次能源，氢能具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，被认为是一种最理想的无污染绿色能源，受到了各国的高度重视。1972年，日本东京大学A. Fujishima和K. Honda K两位教授首次发现了TiO₂电极具有光催化分解水产生氢气这一现象，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究方向。

一般来说，光催化反应可以分为两类“降低能垒”（down hill）和“升高能垒”（uphill）反应。光催化氧化降解有机物属于降低能垒反应，此类反应的△G 0，反应过程不可逆，这类反应中在光催化剂的作用下引发生成O^2-、HO₂、OH^-、和H⁺等活性基团。水分解生成H₂和O₂则是高能垒反应，该类反应的△G 0（△G = 237 kJ/mol），能够将光能转化为化学能。要使水分解释放出氢气，热力学要求作为光催化材料的半导体材料的导带电位比氢电极电位EH⁺/H₂稍负，而价带电位则应比氧电极电位EO₂/H₂O稍正。

光解水的原理为：光辐射在半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置“将水还原成氢气”或者“将水氧化成氧气”。一般认为，作为光催化分解水制氢材料需要满足：高稳定性，不产生光腐蚀；价格便宜；能够满足分解水的热力学要求；能够吸收太阳光。

随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化的演变和TiO₂以外的光催化剂的相继发现，兴起了以光催化方法分解水制氢（简称光解水）的研究，并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。人们已经开发出了一系列的半导体光催化剂，如：TiO₂、CdS、ZnO、g-C₃N₄、Zn_xCd_1-xS等。其中，TiO₂、ZnO等虽然具有稳定的光催化产氢性能，但由于其仅能响应紫外光而在大规模利用中受到一定的限制；CdS和g-C₃N₄虽然可以响应可见光，但由于其稳定性不足也在应用方面受到限制。