[发明专利]一种含硫缺陷的锌镉硫/镍钴氢氧化物复合可见光催化剂及其应用

说明书

本发明涉及一种含硫缺陷的锌镉硫/镍钴氢氧化物复合可见光催化剂及其应用，属于半导体光催化领域。所述的Vs‑ZCS/Ni_0.6Co_0.4(OH)₂复合材料，是以富含表面硫空位的Zn_0.5Cd_0.5S与硝酸镍、硝酸钴为原料，采用一步水热法合成，制备工艺简单，易于实现规模化生产。本发明的Vs‑ZCS/Ni_0.6Co_0.4(OH)₂光催化剂在硫缺陷及S型电荷转移机理的协同作用下，同时实现了宽的光谱响应和高效的光生载流子分离，因而表现出高达58.9～64.6mmol·h^‑1·g^‑1的光催化分解水制氢性能。同时，Vs‑ZCS/Ni_0.6Co_0.4(OH)₂光催化剂经过五个循环连续使用后依然保持大约93％的光催化活性，显示出良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种含硫缺陷的锌镉硫/镍钴氢氧化物复合可见光催化剂及其应用，属于半导体光催化领域。

背景技术

为了解决由化石燃料的过度消耗所引起的能源短缺和环境污染问题，对新能源的开发和利用变得非常迫切。近年来，氢能作为一种具有高能量密度的清洁能源受到人们的青睐，而利用太阳光照射半导体光催化剂分解水制取氢气被广泛认为是一种具有潜力的获取氢气的方法。

过渡金属硫化物ZnCdS易合成，具备作为光催化剂应有的能带结构灵活可调、对可见光响应及耐光腐蚀的特点。然而，由于存在光生电子和空穴快速复合的缺点，ZnCdS的实际应用受到了限制。因此，需要对ZnCdS进行改性，以进一步提高其光催化活性。

近年来，采用纳米结构工程、元素掺杂、缺陷工程、负载贵金属(Ag/Pt)、构建异质结和引入助催化剂等策略，科学工作者获得了光催化活性得到明显提升的系列ZnCdS基光催化剂。其中，在半导体中引入缺陷，不仅可以增加自由电子的捕获位点以此降低光生载流子的复合速率，还可以引入掺杂能级，达到拓宽光谱响应范围从而缩小材料光学带隙并对光催化性能产生影响的目的。因此，缺陷工程逐渐成为调控半导体材料电子结构和界面电荷传输动力学性质的重要手段。例如，通过加入适量的NaBH₄，Wang等人获得了产氢速率提升近10倍的含硫空位的ZnS光催化剂(Wang G,Huang B B,Li Z J,Lou Z Z,Wang Z Y,DaiY,Whangbo M-H,Scientific Reports 5(2015)8544)；此外，通过对ZnCdS进行乙二胺锂处理，Ha团队获得了系列含Zn、S双空位的ZnCdS固溶体。所得ZnCdS光催化剂产氢速率最高达到33.6mmol·h^-1·g^-1(Ha E N,Ruan S H,Li D Y,Zhu Y M,Chen Y P,Qiu J Y,Chen Z H,Xu T T,Su J Y,Wang,L Y,Hu J Q,Nano Research(2021),DOI:10.1007/s12274-021-3587-5)。