[发明专利]一种硫化镉复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硫化镉复合材料及其制备方法和应用。其硫化镉复合材料包括硫化镉纳米棒和负载在硫化镉纳米棒上的聚乙烯亚胺修饰的Ti₃C₂量子点。本发明在硫化镉纳米棒中引入了聚乙烯亚胺修饰的Ti₃C₂量子点，使得聚乙烯亚胺修饰的Ti₃C₂量子点负载于CdS纳米棒上。Ti₃C₂量子点与硫化镉纳米棒二者之间存在强相互作用，进而形成异质结，有利于光生电子的快速迁移，改善了硫化镉光催化性能。该硫化镉复合材料具有电子空穴分离率高和光催化效率高等优点，应用于可见光下光解水产氢，其析氢效率是常规硫化镉纳米棒负载Pt作为助催化剂时的5倍以上。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种硫化镉复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢气(Hydrogen，H₂)燃烧后的产物仅为清洁的水且其从水中又可再生出来，因此氢气被认为是一种理想的清洁能源。自从Honda与Fujishima开创了太阳能转化成氢能的研究先例，光催化还原分解水产氢有望实现能源的绿色可持续发展。随着人类社会的发展，化石能源的大量消耗，能源危机日益加重，发展新能源成为人类不得不考虑的问题。太阳能取之不尽用之不竭，将其转换为我们可以利用的化学能成为了人类的重点研究工作。

硫化镉(Cadmium sulfide，CdS)是一种重要的半导体光催化材料，尤其是CdS纳米棒，它具有较窄的带隙(约2.4eV)、合适的带隙位置、较大的长径比和优异的电荷传输效率。然而其缺陷在于CdS在受光激发后，长时间的光照会造成CdS光腐蚀，产生的光生电子和空穴容易复合，降低了其光生载流子效率，严重制约了其光催化活性。同时，当前光催化制氢采用的助催化剂常为贵金属如铂(platinum，Pt)，价格昂贵，且反应过程中不稳定，这些极大的限制了CdS光解水制氢的发展。因此，寻找一种价格较低的助催化剂，同时提升CdS光催化稳定性，对于具有高光催化活性CdS的研究，有着重要的理论意义和实际应用价值。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种硫化镉复合材料，该硫化镉复合材料具有稳定性高、电子空穴分离率高和光催化效率高的特点，应用于可见光下光解水产氢，析氢效率是其析氢效率是常规硫化镉纳米棒负载Pt作为助催化剂时的5倍以上。

本发明还提供了一种硫化镉复合材料的制备方法。

本发明还提供了一种硫化镉复合材料的应用。

本发明的第一方面提供了一种硫化镉复合材料，所述硫化镉复合材料包括硫化镉纳米棒和负载在所述硫化镉纳米棒上的Ti₃C₂量子点。

本发明关于硫化镉复合材料中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明在硫化镉纳米棒中引入了聚乙烯亚胺修饰的Ti₃C₂量子点，使得聚乙烯亚胺修饰的Ti₃C₂量子点负载于CdS纳米棒上。由于采用聚乙烯亚胺(PEI)修饰Ti₃C₂量子点，PEI很容易与材料表面的羟基交联和耦合，即Ti₃C₂量子点与硫化镉纳米棒二者之间存在强相互作用，进而形成异质结，有利于光生电子的快速迁移，改善了硫化镉光催化性能。该硫化镉复合材料具有稳定性高、电子空穴分离率高和光催化效率高的特点，其应用于可见光下光解水产氢，其析氢效率是常规硫化镉纳米棒负载Pt作为助催化剂时的5倍以上。