[发明专利]一种0D/1D W18

说明书

本发明提供一种0D/1D W₁₈O₄₉/CdS Z‑型可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）制备CdS前驱体（2）制备0D/1D W₁₈O₄₉/CdS异质结光催化剂。本发明同时公开了其可应用于催化光解水制氢。本发明所制得的0D/1D W₁₈O₄₉/CdS Z‑型可见光催化剂中W₁₈O₄₉量子点粒径较小，在载体表面分散均匀，充分保证W₁₈O₄₉纳米颗粒具有较高的比表面积，提供更多的活性位点，有效提高光生载流子分离效率，从而使所制备的催化剂具有优良的可见光光催化性能和稳定性。

技术领域

本发明属于材料制备及可见光光催化技术领域，具体涉及一种0D/1D W₁₈O₄₉/CdSZ-型可见光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着经济的快速发展，环境污染与能源紧缺问题日益凸显，成为21世纪人类社会发展道路上面临的两大挑战。半导体光催化技术是以太阳能转化与储存为核心，以光能驱动光催化反应。将太阳能转化成化学能被认为是解决能源与环境这两个问题的一种理想的途径。但是，目前光催化剂技术在实际生产中的应用仍然面临着一些问题。例如，量子效率低，光催化剂光响应范围窄，稳定性差等。因此，寻找和制备高效、稳定的可见光光催化材料是实现光催化技术实际应用的先决条件, 也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之一。

CdS作为一种重要的可见光光催化剂，由于它独特的电学、光学、磁学及其发光性能，在光催化反应中得到广泛的研究。然而，CdS的光生电子和空穴快速复合以及严重的光腐蚀仍然是限制其广泛应用的主要壁垒。

构建Ⅱ型异质结构是一种常见的增强光吸收，促进电荷空间分离，提高光催化活性的有效方法，已经广泛应用于CdS基光催化材料的改性。例如专利CN 107890877B公开了一种Bi₃O₄Cl/CdS复合材料及制备方法和用途，该发明通过水热法制备了这一复合光催化剂，可见光照射下光催化降解污染物的性能得到一定的提升。虽然传统的Ⅱ型异质结构可以实现有效的电荷分离，但这需要以牺牲催化剂的氧化还原能力为代价。与之相比，Z-scheme型异质结构可以同时赋予光催化剂体系更高的电荷分离效率和更强的氧化还原能力，在促进光催化应用方面显示出更大的潜力和优势。例如，解士杰等报道了一种采用沉淀法制备的CdS/WO₃ Z型光催化剂，该催化剂表现出较高的光催化制氢效率（ACS Catal.2014, 4, 10, 3724-3729）。大量研究表明，在Z-scheme体系的两组分之间构建紧密的界面接触或引入电子介质(如Au、Ag、Pt、还原氧化石墨烯等)有利于降低界面电子的传递阻抗，提高电子传递速率。例如，张金龙等结合光沉积法和沉积-沉淀法制备了CdS-Au-BiVO₄ Z型光催化剂，表现出了较高的光催化降解有机污染物性能（Catal. Sci. Technol., 2017,7,124-132）。然而，这些界面优化策略虽然能有效提高表面电荷分离效率，但对CdS体相载流子分离过程的促进作用并不显著，从而导致Z-scheme体系的光催化效率仍远低于理论效率。与块体材料相比，低维纳米材料具有更独特的电子结构，更多的内部原子暴露于材料表面，从而暴露出更活跃的光催化和电催化位点。此外，低维纳米结构的光生载流子从体相到表面的扩散距离比块体材料短，这有利于降低电子-空穴对的复合概率，从而实现高的光催化效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种0D/1D W₁₈O₄₉/CdS Z-型可见光催化剂的制备方法，将低维CdS与另一种低维材料进行整合，构建Z-scheme体系，可以同时实现体相和表面载流子的高效分离。

同时提供了该制备方法制备的光催化剂的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：