[发明专利]一种单晶半导体CdS纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种单晶半导体CdS纳米片及其制备方法和应用，涉及光催化纳米材料技术领域。本发明通过气相沉积法制备得到了单晶半导体CdS纳米片，所述单晶半导体CdS纳米片具有窄的带隙，且吸收带边缘为590nm，可见光吸收能力强，具有优异的光催化效果，且由于不需要与其它半导体复合来提升稳定性，能够最大限度地展现出CdS的光催化性能，尤其适用于光催化水分解产氢中。

技术领域

本发明涉及光催化纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种单晶半导体CdS纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

为了解决能源危机和环境污染的问题，氢气作为化石燃料的理想替代品受到了广泛关注。制备氢气的方法有光催化水分解法、电解质水法、烃类裂解法等，其中，光催化水分解法为常见的制备氢气的方法。对于光催化技术，选择合适的光催化剂是提高光催化活性的关键，而光催化半导体由于其不仅能够光催化产氢，还能够将二氧化碳还原成碳氢化合物，并降解有机污染物的优点，受到越来越多的关注。

硫化镉(CdS)是一种典型的光催化半导体，其具有窄的带隙、可见光吸收强的特点，在可见光区域表现出优异的光化学性质和量子效率，不仅对波长小于516nm的可见光具有良好的吸收性能，而且吸收可见光后产生的光生载流子具有较长的寿命，是光催化产氢的各种硫化物中最突出的半导体光催化剂之一，尤其是CdS二维材料，展现出更优异的光催化产氢性能。但是CdS属于六方晶系，原子在三维空间方向上均由强化学键连接，具有本征各项同性化学键，不同晶面之间活性差异大，因此倾向于形成一维和三维形貌；且由于CdS本身光催化稳定性较差，一般需要与TiO₂、g-C₃N₄等半导体复合，不属于单晶CdS材料，无法达到CdS的理想光催化产氢性能。目前常用的溶剂热法合成的CdS半导体多为一维材料，光催化水分解产氢的效果不如二维材料。目前报道的单晶CdS的合成主要为溶剂热方法，(Applied Catalysis B:Environmental

244,5,2019,694-703，J.Mater.Chem.A,2013,1,10927-10934，ACSAppl.Mater.Interfaces 2019,11,41,37586–37594，Journal of Materials Science2020，55,11167–11176)，以及气相沉积法(Chem.Mater.2002,14,4,1773–1777，J.Phys.Chem.B 2005,109,19,9294–9298)。这些方法获得的都为一维纳米线结构，并且在气相沉积法中需要预先准备CdS，这对大量合成来说是不利的。

现有技术公开了一种镉族二维半导体的气相制备方法(赵梅.锑族和镉族二维半导体的气相制备及光电性能研究[D].电子科技大学,2021.)，通过模板辅助气相制备法合成了二维CdS纳米片，但是该方法实际上是气固反应，所合成得到的CdS纳米片不属于单晶材料，在光催化水分解产氢时的效果还有待提高。

发明内容

本发明为了克服现有光催化产氢用单晶CdS二维材料的缺乏的缺陷和不足，提供一种单晶半导体CdS纳米片，解决现有单晶CdS材料缺乏的问题，所述单晶半导体CdS纳米片的能带窄、吸收带宽，具有优异的可见光吸收性能，光催化效率高。

本发明的另一目的在于提供一种单晶半导体光催化剂。

本发明的再一目的是提供上述单晶半导体光催化剂在光催化领域中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种单晶半导体CdS纳米片，所述单晶半导体CdS纳米片的制备方法包括如下步骤：

将Cd源升温至950～1250℃，同时将S粉升温至100～150℃，在惰性氛围中进行反应，冷却沉积得到所述单晶半导体CdS纳米片。

其中需要说明的是：