[发明专利]具有闪锌矿/纤锌矿相结的光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有闪锌矿/纤锌矿相结的无助催化剂Cd_1‑xZn_xS纳米爆米花光催化剂的制备方法及应用,属于光催化材料技术领域。以乙二胺为溶剂下，以Zn(NO₃)₂•4H₂O和Cd(NO₃)₂•4H₂O为前驱体，通过加入硫代乙酰胺，经过简便的一步溶剂热反应过程，制得Cd_1‑xZn_xS光催化剂。该一步溶剂热制备方法步骤简单，无需额外辅助条件，可控性强、条件温和，有利于大规模的推广量产。本发明制备得到的无助催化剂Cd_1‑xZn_xS纳米爆米花获得了卓越的282.14μmol h⁻¹ mg⁻¹的光催化制氢活性和420 nm时64.4%的表观量子产率，并且制氢活性超过了大部分添加了助催化剂的Cd_1‑xZn_xS基催化剂。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种具有闪锌矿/纤锌矿相结的无助催化剂Cd_1-xZn_xS纳米爆米花光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

近年来，随着在制氢技术和储氢材料方面的重要发展，氢气已经渐渐成为了不可再生能源（例如化石能源等）的一种重要理想替代品之一。利用半导体光催化技术将可再生太阳能转化为氢能是一种十分环保的途径，因而受到了广泛的关注。近几十年来，研究人员对半导体基光催化剂，特别是那些具有合适带隙和可见光响应的半导体催化剂在光催化制氢的应用进行了广泛的研究和探索。作为一种低毒、低成本的三元固溶体，硫锌镉 (Cd_1-xZn_xS) 因其带隙和能带边缘位置的灵活可调、制备工艺简单、可见光响应能力强、耐光腐蚀等优点而被广泛的进行研究。但其仍存在的光生诱导电子-空穴对复合速度快、太阳能利用率低、易受光腐蚀等缺点限制了其进一步的应用。构建相结（或同质节）是一种重要且有效的促进光催化制氢性能的方法，比如α/β Ga₂O₃相结，锐钛矿/金红石TiO₂和六方/立方CdS相结的成功构建大大促进了其制氢活性。相结的构建不仅能促进光生载流子的分离/转移，延长载流子的寿命，而且能通过因相结形成的内部电场为光生载流子的分离/转移提供足够的驱动力。然而，闪锌矿/纤锌矿相结Cd_1-xZn_xS的合成制备方法中常常需要额外的条件，例如超声波照射、高温、L-半胱氨酸的辅助和繁琐的工艺等。

CN110975886B公开了将锌盐、乙二胺水溶液和硫源混合，进行第一溶剂热反应，得到硫化锌-乙二胺前驱体；将所述硫化锌-乙二胺前驱体、镉盐和有机溶剂混合，进行第二溶剂热反应，得到硫化锌镉-乙二胺前驱体；将所述硫化锌镉-乙二胺前驱体和水混合，进行水热反应，得到多孔二维硫化锌镉纳米片，但是一步水热法采用NaOH共沉淀的方法制备得到了严重团聚的纳米颗粒，并且目前关于Cd_1-xZn_xS晶体结构的报道有很多，比如具有相结（或同质节）结构的孪晶Cd_0.5Zn_0.5S一直是光催化制氢领域的前言性课题，但是近些年来，在单纯的孪晶Cd_0.5Zn_0.5S上的突破性进展却几乎没有。本发明首次创新性地报道了一种具有闪锌矿/纤锌矿相结的Cd_0.7Zn_0.3S纳米爆米花结构（非孪晶），但是该专利CN110975886B制备所得Cd_0.5Zn_0.5S为单纯纤锌矿晶型，没有相结产生。并且本发明所制备的催化剂是在牺牲剂存在下制氢活性为282.14 μmol h⁻¹ mg⁻¹，约是该专利CN110975886B的16倍。并且专利CN110975886B是在350‒780 nm波长下，即紫外-可见波长下。而本发明所有的应用光照条件均为可见光（λ ≥ 420 nm）。

发明内容