[發明專利]一種制備鎢酸鋅-硫化鎘異質結光催化劑的方法

有效

• 申請號: 201410685728.2
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104437550A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 宰建陶;徐淼;楊金帝;錢雪峰;黃守雙;梁娜;何青泉;陳文龍;王敏;李波;李曉敏;劉雪嬌;祝奇;劉園園
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C01B3/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，尤其是涉及一種制備鎢酸鋅-硫化鎘異質結光催化劑的方法。

背景技術

近幾十年來，隨著全球能源需求的持續增長，尋找新能源的研究越來越受到人們的關注。氫能，它作為二次能源，具有清潔、高效、安全、可貯存、可運輸等諸多優點，已普遍被人們認為是一種最理想的新世紀無污染的綠色能源，因此受到了各國的高度重視。工業制氫通常采用天燃氣蒸汽轉化過程等不環保經濟的方法。光解水制氫技術始自1972年，由日本東京大學Fujishima?A和Honda?K兩位教授首次報告發現TiO₂單晶電極光催化分解水從而產生氫氣這一現象，從而揭示了利用太陽能直接分解水制氫的可能性，開辟了利用太陽能光解水制氫的研究道路。此后，人們越來越關注制備新型的光催化劑，興起了以光催化方法分解水制氫(簡稱光解水)的研究，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進展，并相繼得到一些可見光響應的光催化劑，如CaTiO₃，SrTiO₃，PbWO₄，β-Ge₃N₄，La-doped?NaTaO₃，Zn?doped?In(OH)_yS_z，BiTa_1-xCu_xO₄(x＝0.00～0.04)固溶體等。為了提高光催化劑的光生電子-空穴對的分離和氫氣的析出，往往需要使用基于鉑、釕和鈀等貴金屬基單質或化合物作為助催化劑來提高其光解水產氫的效率。將能帶結構匹配的兩種半導體材料制成異質結結構可以有效的提高光生電子-空穴對的分離效率并提高其光解水制氫性能，如將p型半導體與n型半導體復合形成p-n結型光催化劑。近年來交錯式n-n型半導體(在形成異質結的兩種n型半導體材料中，其中一種n型材料的導電和價帶位置均低于另一種n型半導體材料，圖1a)由于可以有效地實現光生電子和空穴對的分離，同時電子富集在導帶更負(空穴富集在價帶更正)的半導體上有利于電子向活性物質傳遞，這使得材料的光催化活性得到明顯提高，并受到廣泛關注，如ZnO-CdS、Bi₂S₃-BiO₂CO₃等光催化劑。但是因為在嵌套式n-n型異質結(異質結中窄禁帶材料的導帶和價帶位置位于寬禁帶材料的導帶和價帶之間，圖1b)中窄禁帶電子不能注入寬禁帶半導體，被認為不能實現光生電子-空穴對的分離而被忽視。我們發現：如果有選擇性的只激發窄禁帶半導體材料，其光生電子會在自建場的作用下集中在兩種半導體材料的界面處，而這些電子也是具有光催化活性的；同時引入空穴犧牲劑可有效地將窄禁帶材料本體富集的空穴消耗，進而保持光生電子-空穴對的持續分離。

CdS作為一種重要的半導體，被廣泛研究，并有研究證明其可作為光解水制氫的光催化劑，通過光照含有光犧牲劑SO₃^2-和S^2-的水溶液，產生氫氣，并且其隙帶較窄可以吸收可見光區的能量，對光的吸收和利用率較高。但是單純的CdS光生電子和空穴對的分離效率低，會發生光腐蝕效應。而ZnWO₄為一種較為穩定的寬禁帶，其能帶位置也符合光催化分解水制氫的要求；但是ZnWO₄的隙帶較寬所以其只能吸收紫外光的能量，僅占總能量的3％～5％，這很大程度上限制了其在光催化方面的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種制備高效光催化劑CdS-ZnWO₄異質結納米棒的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種制備鎢酸鋅-硫化鎘異質結光催化劑的方法，采用以下步驟：

(1)將鎘鹽和硫源分別溶于水中，得到濃度為0.001-1mol·l^-1的鎘鹽和硫源的水溶液；

(2)將鎢酸鋅分散到鎘鹽的水溶液中，然后向其中緩慢滴加硫源的水溶液，鎢酸鋅、鎘鹽、硫源的質量比為7∶200∶10-120，硫源的水溶液滴加結束后，再持續攪拌2h，離心分離后得到沉淀，經去離子水和95％乙醇洗滌幾次后，烘干得到CdS-ZnWO₄異質結。

優選的，鎘鹽的水溶液的濃度為0.1摩爾每升，硫源的水溶液的濃度為0.1摩爾每升。