[发明专利]一种可用于光催化分解纯水的Zn1-x

说明书

本申请首先利用溶剂热方法，制备了一种Znsubgt;1‑x/subgt;Cdsubgt;x/subgt;S/D‑ZnS(en)subgt;0.5/subgt;异质结材料。并进一步对其进行两步光化学合成修饰，磷氧化物(Pi)保护层和Nisubgt;a/subgt;Pi助催化剂合成并负载于材料表面。Nisubgt;a/subgt;Pi材料可以进一步捕获催化剂产生的光生电子和空穴，原位生成Nisupgt;I/supgt;P和Nisupgt;III/supgt;Pi(2MPi→Msupgt;I/supgt;P+Msupgt;III/supgt;Pi)助催化剂，并分别以Nisupgt;I/supgt;P和Nisupgt;III/supgt;Pi助催化剂为反应位点，进行产氢和产Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;反应。此外，通过Pi保护催化剂材料免受光腐蚀侵害，使Znsubgt;1‑/subgt;subgt;x/subgt;Cdsubgt;x/subgt;S/D‑ZnS(en)subgt;0.5/subgt;/Pi/Nisubgt;a/subgt;Pi材料进一步实现了优异的光催化分解纯水产氢过程。本申请提出的两步光化学合成制备Znsubgt;1‑x/subgt;Cdsubgt;x/subgt;S/D‑ZnS(en)subgt;0.5/subgt;/Pi/Nisubgt;a/subgt;Pi催化剂的方法，可用于构筑更多高效、稳定的Znsubgt;1‑x/subgt;Cdsubgt;x/subgt;S分解纯水催化体系，具有较高的创新性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种光催化水产氢的方法，特别是涉及一种光催化部分分解水和光催化分解纯水串联应用的光化学修饰方法。

背景技术

氢能作为一种二次能源，具有燃烧热值高(能量密度为143kJ/g)、储量大(水可作为氢源)、可再生 (燃烧产物是水，水可再次还原为氢气)、便于储存运输等优势，可用于缓解现在的能源危机和环境污染问题。与目前化石燃料制氢方法相比，操作简单、成本低廉的光催化分解水制氢技术潜力巨大，但制备高活性、高稳定性光催化剂仍然是一项长期且艰巨的挑战。在诸多的光催化材料之中，Zn_xCd_1-xS基催化剂因其可控的能带结构、光催化部分分解水(PPWS)产氢效率高等优点，被认为是最具潜力的光催化材料之一。但在光催化纯水分解应用中，由于缺少牺牲试剂捕获光生空穴，稳定性较差、产氢效率低的缺陷，制约了Zn_xCd_1-xS基催化剂的研究发展。

光催化分解纯水过程可分为：光催化全分解水(2H₂O→2H₂+O₂，POWS)和光催化中间级分解水 (2H₂O→H₂+H₂O₂，PIWS)。与光催化部分分解水反应(PPWS)不同，由于缺少牺牲试剂的捕获作用，光生空穴反应路径众多。除了生成四电子(O₂)转移产物，还可能生成单电子(^·OH)、二电子(H₂O₂) 转移副产物，其中H₂O₂会氧化S^2-，造成催化剂中毒(CdS+4H₂O₂→Cd²⁺+SO₄^2-+4H₂O)。此外，Zn_xCd_1-xS 基催化剂会发生光腐蚀现象(无氧光腐蚀：CdS+2h⁺→Cd²⁺+S；有氧光腐蚀：CdS+4h⁺+2H₂O+O₂→ Cd²⁺+SO₄^2-+4H⁺)，这使得水氧化过程作为分解纯水反应的动力学决速步骤，直接影响催化剂的稳定性和分解纯水效率。