[發明專利]一種復合光催化劑CdS?Pt@CeO2及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201510484406.6
• 申請日: 2015-08-10
• 公開（公告）號: CN104998663B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 蘇文悅;游道通;江帆;王緒緒;付賢智;王心晨;陳旬;戴文新
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J27/045
• 分類號: B01J27/045;C01B3/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于新型材料制備和光催化分解水制氫的技術領域，具體涉及一種復合光催化劑CdS-Pt@CeO₂及其制備方法和應用。

背景技術

隨著能源危機和環境污染問題的日益嚴重，人類社會的可持續發展面臨巨大挑戰，如何有效地利用太陽能來治理污染和開發新能源己引起世界各國的廣泛關注。近年來，半導體光催化技術因在氫能源開發和環境污染治理上的重要應用前景，而受到眾多領域科學工作者的廣泛關注，但由于傳統的TiO₂基光催化劑存在量子效率低和太陽能利用率低等缺點，制約了光催化技術的實際應用，新型高效可見光催化劑的開發設計是利用太陽能治理環境污染和開發氫能源的關鍵技術之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合光催化劑CdS-Pt@CeO₂及其制備方法和應用，制備方法簡單易行、不需要復雜昂貴的設備、合成條件溫和，有利于推廣；應用于可見光催化分解水制氫，具有電荷分離效率高、催化活性高和穩定性好的優點。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種復合光催化劑，由二氧化鈰、硫化鎘和鉑三組分構成的復合材料CdS-Pt@CeO₂；其中二氧化鈰、硫化鎘和鉑的摩爾百分數為：二氧化鈰20~80%、硫化鎘20~80%、鉑0.01~2%，三組分的摩爾百分數之和為100%。

制備方法是采用兩步沉淀合成法。具體步驟如下：

（1）一步沉淀法制備Pt@CeO₂

將固體鈰鹽溶于去離子水中制得鈰源溶液；將堿性物質溶于去離子水中制得堿溶液；將作為鉑源的化合物溶于去離子水中制得鉑源溶液；在鈰源溶液中通入惰性氣體，邊攪拌邊滴加堿溶液，繼續攪拌10~60min，加入鉑源溶液繼續攪拌60~180min，自然冷卻至室溫，關停惰性氣體，沉淀分別用水和乙醇離心洗滌，至離子濃度<10ppm，40~120℃干燥6~24小時，得到Pt@CeO₂粉末；

（2）二步沉淀法制備CdS-Pt@CeO₂

將鎘鹽配成鎘源溶液；將硫鹽配成硫源溶液；將步驟（1）制得的Pt@CeO₂分散于去離子水中，攪拌下加入鎘源溶液，攪拌10~60min，加入硫源溶液，攪拌0.5~3 h，自然冷卻至室溫，離心分離，沉淀用水和乙醇離心洗滌，至離子濃度<10ppm，40~120℃真空干燥6~24小時，研磨，得到CdS-Pt@CeO₂粉末。

步驟（1）中所述的固體鈰鹽是硝酸亞鈰、氯化鈰中的一種，所述的堿性物質是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種，所述的作為鉑源的化合物是氯鉑酸、氯鉑酸鉀中的一種，所述的鈰源溶液的濃度為0.01~2 mol/L，所述的堿溶液的濃度為0.1~2 mol/L，所述的鉑源溶液的濃度為2~10 g/mL，所述的惰性氣體是氮氣、氬氣中的一種；步驟（2）中所述的鎘鹽是醋酸鎘、硝酸鎘、氯化鎘中的一種，所述的硫鹽是硫化鈉、硫代乙酰胺、硫脲中的一種，所述的鎘源溶液的濃度為0.01~2 mol/L，所述的硫源溶液的濃度為0.01~2 mol/L。

步驟（1）中所述的堿與鈰源的摩爾比為20~120∶1，所述的鉑源與鈰源的摩爾比為0.001~0.1∶1；步驟（2）所述的鎘源與Pt@CeO₂的質量比為0.1~5∶1，所述的硫源與Pt@CeO₂的質量比為0.1~5∶1。

所述的復合光催化劑CdS-Pt@CeO₂應用于可見光催化分解水制氫。

本發明的顯著優點在于：

（1）本發明提供的方法不用帶壓操作，不用高溫焙燒，利用三價鈰源的還原性和鉑源材料的氧化性一步沉淀合成，節省了能耗、材料和裝置的費用，還具有操作簡便的優點，有利于大規模推廣。

（2）本發明首次提供了一種CdS-Pt@CeO₂復合光催化劑，能將太陽能轉換為化學能，能在可見光下實現高效分解水產氫，具有電荷分離效率高、催化活性和穩定性好的優點。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中CdS-Pt@CeO₂的X射線衍射（XRD）圖。

圖2是本發明實施例1中CdS-Pt@CeO₂的X射線光電子能譜（XPS）圖。

圖3是本發明實施例1中CdS-Pt@CeO₂的透射電鏡（TEM）圖。