[發明專利]一種CdS/MoS2/Mo雙層核殼結構光電極

有效

• 申請號: 201710595922.5
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107419294B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 黃柏標;朱相林;王朋;王澤巖;張曉陽;秦曉燕;劉媛媛;張倩倩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B11/02;C25B1/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明公開了一種CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構光電極的制備方法，步驟如下：以鉬網作為基底，以可溶性鎘鹽作為鎘源，將金屬鎘沉積在鉬網上，將沉積好的鉬網置于硫化氫氣氛中進行硫化，即得到CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構光電極。本發明制備的CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構光電極的光電轉化效率高，有較大的應用前景。經實驗研究發現CdS/MoS2/Mo雙層核殼結構光電極光電化學產氫性能，在光電化學測試中光電流超過三毫安，在主要吸光區域光電轉化效率接近20％，性能優于傳統FTO玻璃上制備的硫化鎘電極。

技術領域

本發明涉及光電化學技術領域，特別是涉及一種CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構光電極及其制備方法和應用。

背景技術

利用半導體光催化劑將難以收集的低密度的太陽能光能轉化成高密度易利用的電能和化學能已成為近年國際上最活躍的研究領域之一。尤其是在光電化學產氫方面的獨特優勢引起世界各國科學家的廣泛關注，因此對其進行廣泛的理論以及實驗研究將具有非常重要的戰略和現實意義。

光解水產氫的基本原理是建立在半導體能帶理論基礎上，其整個過程可分為三個部分： (1)載流子的產生。當入射光光子能量大于半導體的帶隙時，電子就會被激發，從價帶躍遷到導帶，同時在價帶上留下一個帶正電荷的空穴；(2)載流子的分離和遷移。上述光生電子和空穴從體相遷移至催化劑表面；(3)表面載流子同水的反應。當半導體的價帶電勢高于 V_O2/H2O＝1.23V(vs.NHE，pH＝7)時水就會被空穴氧化，生成氧氣。當導帶的電勢低于V_H+/H2＝0V(vs.NHE，pH＝7)時，水就會被光生電子還原為氫氣。光解水的量子效率主要制約于光催化劑的光吸收范圍、載流子的有效分離和表面水的氧化還原反應等三個過程。

CdS是最為典型的可見光光解水催化劑，其禁帶寬度為2.4eV，具有較好的可見光吸收性能。同時，CdS在可見光激發后產生的光生電子可轉移到材料表面，具有較強的還原能力，能夠順利還原氫離子而產生氫氣，因此，在解決能源問題上可以發揮良好的作用。但單組分 CdS的量子效率低，光生電子與空穴容易復合，大大降低了其光催化性能的效率。為了解決這些問題，許多研究集中在CdS材料的制備和改性上，包括不同形貌和晶型CdS的合成，材料的改性和光電催化電解水的系統設計，以期提高光電催化活性。目前主要通過與其他助催化劑的復合對單組分CdS進行優化改性。過渡金屬，特別是一些貴金屬，常常被用作光催化材料的助催化劑。但是由于貴金屬自然儲量有限，價格昂貴，會增加光催化體系的合成成本；也有研究人員利用MoS₂作為助劑，通過高溫燒結技術制備了CdS/MoS₂復合產氫光催化劑，但該制備方法溫度較高，不利于催化劑的結構調控和其構性關系的深入研究。

綜上，目前制約光催化技術實際應用的所有問題中，最重要的是提高光催化劑對光能的利用效率。其中如何提高光催化劑的載流子傳輸效率是一項研究重點，具有很重要的理論和實際意義。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構光電極及其制備方法。本發明的光電極具有特殊的CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構，并有形成CdS/MoS₂異質結，可用于用于高效的光電化學產氫。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一方面，提供一種CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構光電極的制備方法，步驟如下：

以鉬網作為基底，以可溶性鎘鹽作為鎘源，將金屬鎘沉積在鉬網上，將沉積好的鉬網置于硫化氫氣氛中進行硫化，即得到CdS/MoS₂/Mo雙層核殼結構光電極。