[发明专利]一种高效光催化分解水产氢的光触媒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效光催化分解水产氢的光触媒及其制备方法，光触媒中的硫化镉锌为颗粒状结构，所述硫化镉锌直径约为20nm‑100nm之间，MoS₂为二维的薄片堆积成的花状结构，所述硫化镉锌固溶体颗粒均匀的分布在MoS₂的表面上。本发明分别将醋酸镉、无水醋酸锌加入的无水乙醇中，将混合溶液搅拌均匀，然后加入硫代乙酰胺与MoS₂，再次搅拌均匀得到原料液，将原料液转移至反应釜中，在高温下反应，反应完成后将溶液冷却至室温，将得到的产物经过离心机离心后，保留沉淀物；用去离子水和无水乙醇交叉清洗沉淀物，清洗后将沉淀物放于干燥箱干燥，得到产物，即MoS₂/Zn_0.5Cd_0.5S光催化剂。本发明通过将花状的金属硫化物(MoS₂)与硫化镉锌复合，构筑异质结，从而提高其光解水产氢性能。

技术领域

本发明属于纺织工程领域，涉及一种高效光催化分解水产氢的光触媒，还涉及该光触媒的制备方法。

背景技术

随着人类生活质量的不断提高，人们越来越在乎环境问题和能源问题。但到目前为止，人类在燃料方面使用最多的仍然是天然气、煤、石油等化石燃料。他们是不可再生能源且储量有限，按目前的消费速度，化石燃料将在几百年内消耗殆尽。而且化石燃料在燃烧过程中，会大量排放二氧化碳以及硫的氧化物等有害气体，这些排放物会导致全球气候变暖，酸雨严重增多，生态环境日趋恶化。因此，为了有效缓解环境问题，我们应该寻找一种新型的，而且安全、可再生的清洁能源。近几十年来，许多科学家寻找各种新型无污染的能源，例如核能、太阳能、地热能、风能和氢能等，在这些新能源中氢能是最具有实际应用意义的能源之一。

氢能作为一种新型能源，它的优点在于氢能燃烧时放热量高，来源广泛，且燃烧无污染，本身无毒性等。而且水可以通过合适的途径生成氢能，水作为地球上储备最多的物质，为获取氢能提供丰富的原材料。目前获取氢能有很多方法，其主要方法有：化石燃料产氢(如裂解自然界中储量丰富的化石燃料制取氢气，裂解碳氢化合物制取氢气)、水电解产氢、光催化产氢、生物法产氢等。

化石燃料产氢是以化石燃料作为原料制取氢气，其反应式为C+2H₂O＝CO₂+2H₂，是用煤、蒸汽作为原料来制取H₂的反应过程，反应所需的热量来源于煤炭的燃烧。但天然气和煤炭都是不可再生的自然资源，地球上的储量也越来越少，而且在制氢过程中会产生CO₂，造成温室效应，污染环境。故用它们来制取H₂对常规能源具有一定的依赖性，也严重破坏了自然环境。电解水制氢是将水电解成氢气和氧气，通过电能来提供能量。但电解水制氢由于其能耗高，效率低，很不经济划算，阻碍了它的发展。生物制氢的原理是微生物通过催化脱氢的方法来制取氢气。生物制氢方法的优点是原料可再生、低污染等，但微生物在筛选时比较困难，原料收集和储运也是制约其发展的主要原因。

由于以上制氢方法的缺点，人们开始关注光解水制氢。第一位利用光催化实现分解水制氢的是日本科学家Fujishima和Honda。在此之后，许多科学家开始了利用光电催化制备氢气的研究。光解水制氢利用太阳能提供能量取代了传统的化石燃料能量，不但节省了大量的自然资源，而且没有产生有害气体，是一种很有发展潜力的研究方向。而在此过程中，主要的目的是寻找合适的光催化剂，以此来达到提高光解水制氢效率的目的。

科研工作者在寻找合适的光催化剂过程中，发现金属硫化物是一种相对较好的光催化材料。其中CdS很受欢迎，它具有相对较高的CB和较窄的带隙，但是也容易发生光腐蚀现象。所以为了克服其缺点，人们找了带隙较宽的ZnS，将其与CdS复合，形成Cd_xZn_1-xS固溶体。这样就大大提高了催化剂催化活性和稳定性，但是这还远达不到实际应用的要求。为此科学家们设计了很多提高其催化活性的方法，而我们采用加入助催化剂MoS₂的方法，来提高其催化活性。

发明内容