[发明专利]Mn1-XCdXS纳米棒固溶体光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化技术领域，公开了一种Mn_1‑XCd_XS纳米棒固溶体光催化剂的制备方法及其应用。以Cd(NO₃)₂·4H₂O、硫脲和乙二胺为原材料，用高锰酸钾做溶质，经水热反应合成Mn_1‑XCd_XS纳米棒固溶体，增强了单体纳米棒的产氢能力。本发明通过滴加高锰酸钾水热制备而成的Mn_1‑XCd_XS纳米棒固溶体光催化剂具有相比于普通CdS更负的导带位置，从而增强催化剂的还原能力，更有利于产氢的发生。同时拥有较高的电子传输效率、载流子迁移与分离效率和较低的载流子复合效率，也提高了产氢气的性能。此外，Mn_1‑XCd_XS纳米棒固溶体的形成有效抑制了CdS的光腐蚀，增强了光催化剂的稳定性。且整个制备过程原料简单，对水热方法无特殊要求，易操作，且催化剂性能优良且稳定，易于大批量生产和使用。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及Mn_1-XCd_XS纳米棒固溶体光催化剂及制备方法和应用。

背景技术

随着全世界不断地对化石能源的开发和利用，我们或将或已经面临能源匮乏和环境污染的危机，新型能源或者清洁能源的开发与使用的技术已经成为我们重点的关注和优先考虑的方向，氢能一直在各种能源中拥有热值高、燃烧产物清洁的美誉，也是人们所向往所期待代替化石能源的新能源。同时在光催化技术不断地改进和优化逐渐变得成熟的背景下，光催化技术分解水产生氢气的技术是我们寻求新能源的有效且绿色环保的重要途径。自1972年Fujishima和Hond发现TiO₂并成功应用在光催化分解水产生氢气和氧气以来，光催化技术被广泛应用于新能源的方向。但因为TiO₂较宽的禁带宽度和较低效率的太阳光利用大大限制了在光催化产氢的实际应用，因此寻求一个合适的能带结构的半导体催化剂在光催化产氢的领域中变得极为迫切。

在人们探索寻求较合适的能带结构的半导体催化剂时，作为一种n型半导体的CdS，CdS是一个典型的有着较窄的带隙宽度，表现出优异的光化学性质和量子效率，有着合理的能带结构，导带和价带跨过水分解的点位，同时给产氢和产氧提供了良好的电位范围，并且CdS因为其本体性能拥有较高的光生载流子迁移效率和分离效率，但是同时CdS光催化剂依然有着有毒、易光腐蚀等不利条件限制着CdS光催化剂在工业领域的发展和应用。光腐蚀是一种在光照条件下容易发生的的普遍现象，在光腐蚀发生的同时，会大大降低催化剂降解产氧或产氢的稳定性，从而大大影响催化剂的性能。因此，如何通过一些合理的措施和方法有效抑制光腐蚀，从而增加其性能是CdS光催化剂等领域亟待解决的技术难题。例如将CdS与其他光催化材料形成异质结，将电子传输给CdS，用来中和CdS本身的光生空穴。将CdS嵌入某种溶胶中反应生成的光催化剂，经过加热能够有效保护CdS，避免CdS发生光腐蚀。通过加入空穴清除剂，同时调控空穴清除剂浓度和种类，从优化外部反应条件来提高能量转化效率从而有效抑制光腐蚀等方法，这些方法虽能从某一方面进行抑制但操作性与可行性还并不成熟，所以解决CdS光腐蚀问题依旧是重中之重。本发明Mn_1-XCd_XS纳米棒固溶体光催化剂可以有效抑制CdS光腐蚀，大大增强了光催化剂的稳定性。

发明内容