[發(fā)明專利]CdS-MoS2納米顆粒共同摻雜黑色多孔二氧化鈦光催化劑

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710287251.6
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN106984337B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉雷雷;杜記民;余彩霞;王慧鳴;楊夢可
• 申請（專利權(quán)）人: 安陽師范學(xué)院
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;C01B3/04;B01J35/10
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新

本發(fā)明涉及TiO2光催化劑，具體涉及一種CdS?MoS2納米顆粒共同摻雜黑色多孔TiO2光催化劑及其制備方法和光分解水產(chǎn)氫性能研究，屬半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。本發(fā)明首先合成多孔的MoO₃?CdO?TiO₂，在乙二胺的支撐作用下進行氫化，得到黑色的MoO₃?CdO?TiO₂，然后在溶劑熱條件下原位硫化黑色的MoS₂?CdS?TiO₂。由于CdS能吸收可見光，MoS₂能有效傳輸光生載流子，黑色的TiO₂能有效提高光電轉(zhuǎn)化效率，所以該催化劑呈現(xiàn)優(yōu)異的光催化分解水產(chǎn)氫的性能，分解水產(chǎn)氫的速度達(dá)到4527 umol·h·^?1·g^?1。從而為可見光下新型光催化劑的制備提供新的途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及TiO₂光催化劑，具體涉及一種CdS-MoS₂納米顆粒共同摻雜黑色多孔TiO₂光催化劑及其制備方法和光分解水產(chǎn)氫性能研究，屬半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

二氧化鈦作為半導(dǎo)體材料因其低成本、親水性良好、催化活性較高以及無毒、無污染而備受關(guān)注。但是，二氧化鈦的帶隙較寬(3.2eV)，光譜響應(yīng)范圍較窄僅能吸收占太陽光4％的紫外光，光生載流子傳速慢導(dǎo)致光生電子-空穴復(fù)合率較高，這些缺陷極大地限制了二氧化鈦的光催化應(yīng)用。因此，許多科研工作者為了改善二氧化鈦的光催化活性，開展了大量的研究工作提高其催化活性，如金屬離子摻雜、稀土離子摻雜、貴金屬沉積、金屬氧化物及硫化物半導(dǎo)體復(fù)合等。在眾多改善二氧化鈦活性的方法中，金屬硫化物半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦的方法是一個非常有效的方法，因為硫化物一般具有窄帶隙，能吸收更多的太陽光，同時金屬硫化物能有效傳輸光生載流子，減少光生空穴-電子的復(fù)合，從而提高其光分解水的性能。近年研究結(jié)果表明，黑色多孔TiO₂表面缺陷態(tài)能有效提高光電轉(zhuǎn)換效率從而提高其光催化性能引起科學(xué)家濃厚的興趣。光催化劑體系常用的一種改性方法為通過貴金屬助催化劑沉積來提高光催化活性。例如，Ru，Rh，Pd，Pt，Au 和Ag廣泛作為光催化產(chǎn)氫的有效助催化劑。Cui等人通過合成不同暴露面的 Pt/TiO₂，實驗結(jié)果表明Pt{111}/TiO₂催化劑展現(xiàn)出較高的產(chǎn)氫活性，在可見光下產(chǎn)氫速率約為200μmol·h^-1(Cui,E.；Lu,G.J.Phys.Chem.C2013,117, 26415-26425)。Shi等人制備了三維陣列核殼狀的Au-TiO₂，特定的三維結(jié)構(gòu)有利于增強其光催化活性，與Au-TiO₂相比，產(chǎn)氫活性提高了3.5倍左右，在可見光下產(chǎn)氫速率約為128μmol·h^-1(Shi,X.；Lou,Z.；Zhang,P.；Fujitsuka,M.；Majima,T. ACSAppl.Mater.Interfaces 2016,8,31738-31745)。Priebe等人通過浸漬法、沉積沉淀法、光沉積、溶膠固化法合成了不同含量的Au-TiO₂復(fù)合材料，其中通過沉積沉淀法合成的樣品活性較高，在可見光下Au含量為0.93wt％時產(chǎn)氫活性可達(dá) 2400μmol·h^-1·g^-1(Priebe,J.B.；Radnik,J.；Lennox,A.J.J.；Pohl,M.M.；Karnahl,M.； Hollmann,D.；Grabow,K.；Bentrup,U.；Junge,H.；Beller,M.；Brückner,A.ACS Catal.2015,5,2137-2148)。相比較于Pt和Au而言，略微廉價的Ag也可以負(fù)載在 TiO₂上從而提高光催化活性。例如，Choi等人制備了Ag/TiO₂復(fù)合材料，并探究了硫氰酸鹽對其產(chǎn)氫活性的影響，結(jié)果表明在λ＞320nm時，在硫氰酸鹽的存在下，反應(yīng)10h后產(chǎn)氫量可達(dá)310μmol(Choi,Y.；Kim,H.I.；Moon,G.H.；Jo,S.；Choi, W.ACS Catal.2016,6,821-828)。但原位制備CdS-MoS₂納米顆粒共同摻雜黑色多孔TiO₂光催化劑并研究其光催化分解水的性能還沒有報道。