[发明专利]一种上转换光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种上转换光催化剂LaNiO₃/CdS的制备方法及其光解水产氢性能的应用。其中，上转换光催化剂为LaNiO₃/CdS的异质结光催化剂。制备方法为：将LaNiO₃分散在N‑N二甲基甲酰胺溶液中，加入镉源和硫源通过冷凝‑回流法制得LaNiO₃/CdS异质结光催化剂。本发明中LaNiO₃/CdS异质结光催化剂中直接型Z‑scheme异质结构的构筑，使得光生电子和空穴分别积累在CdS的导带和LaNiO₃的价带，实现光生电子‑空穴的有效分离，有利于其光解水产氢效率和稳定性的提高。同时LaNiO₃的上转换效应拓展CdS基催化剂的光吸收范围至红外光区，提高了光能利用率。

技术领域

本发明涉及光催化领域，尤其涉及一种上转换光催化剂LaNiO₃/CdS的制备方法及其在光解水产氢领域的应用。

背景技术

随着现代社会的发展，能源危机和环境污染问题已经成为影响人类社会发展的重要因素。H₂作为一种清洁能源已经日益得到大家的关注。自1972年Fujishima和Honda首次报道了以TiO₂为催化剂进行光解水产氢，以半导体光催化剂催化光解水产氢反应已经受到了广泛的关注。在太阳光中可见光占43％，红外光占48.3％，紫外光占8.7％，目前所用的半导体光催化剂大部分都是紫外和可见光区相应，占太阳能48.3％的红外光一直都没能很好的得到利用。这主要是由于红外线响应的半导体材料由于其带隙较窄，导带-价带位置不足以引发氧化还原反应。如何利用红外线相应的半导体材料进行光催化反应已经得到众多研究者的关注。

新型无机钙钛矿材料镍酸镧(LaNiO₃)由于其独特的电子结构和优异的稳定性，已经在燃料电池、甲烷重整和光催化领域得到大量研究。LaNiO₃在红外光区有很强的光吸收强度，并显示出上转换效应。硫化镉(CdS)是光解水产氢中常用的一类可见光响应催化剂，但是CdS存在光生载流子复合机率较大和光腐蚀现象，从而使得CdS光解水产氢活性较差。二者之间能带位置适宜，通过合成LaNiO₃/CdS异质结光催化剂，构筑的直接Z型异质结能够有效地促进光生载流子的迁移、分离，从而提高其在可见光照射下的光解水产氢性能。同时LaNiO₃的引入能拓展催化剂的光吸收范围至红外光区，有利于LaNiO₃/CdS异质结光催化剂在红外光照射下光解水产氢反应的进行。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种上转换光催化剂LaNiO₃/CdS，其通过构筑LaNiO₃/CdS异质结能够有效地促进光生载流子的迁移、分离，同时增强其对红外光的吸收，从而提高光解水产氢活性。

相应地，本发明还提供一种上转换光催化剂的制备方法和应用。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种上转换光催化剂，其为LaNiO₃/CdS异质结光催化剂。

第二方面，本发明实施例提供一种上转换光催化剂的制备方法，其包括以下步骤：将通过溶剂热法制备的LaNiO₃分散在N-N二甲基甲酰胺溶液中，加入镉源和硫源通过冷凝-回流法制得LaNiO₃/CdS异质结光催化剂。

可选地，镉源为硝酸镉。

可选地，硫源为硫代乙酰胺。