[發明專利]一種Zn0.5Cd0.5S/Cu2(OH)2CO3/碳黑負載型光催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201810742722.2
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108855171A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 劉玉民;任豪;呂華;曹亞飛;武新新
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: B01J27/236
• 分類號: B01J27/236;C01B3/04
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228
• 代理人: 張鳴潔

本發明公開了一種Zn_0.5Cd_0.5S/Cu₂(OH)₂CO₃/碳黑負載型光催化劑及其制備方法，屬于無機功能材料領域。將Cu₂(OH)₂CO₃和碳黑負載到Zn_0.5Cd_0.5S上制得負載型Zn_0.5Cd_0.5S光催化劑，其中Cu₂(OH)₂CO₃、碳黑與Zn_0.5Cd_0.5S質量比為0.03?0.07:0.01?0.05:1。本發明中，高導電性碳黑負載在Zn_0.5Cd_0.5S上加速了光生電子遷移，有效減少光生電子和空穴的復合速率，提高了量子效率和光解水制氫效率；Cu₂(OH)₂CO₃負載則有效降低了產氫過電位；與貴金屬助催化劑相比，助催化劑廉價易得，降低了Zn_0.5Cd_0.5S光催化劑制氫成本，具備在工業中應用的前景。

技術領域

本發明屬于無機環保光催化材料技術領域，具體涉及一種Zn_0.5Cd_0.5S/Cu₂(OH)₂CO₃/碳黑負載型光催化劑及其制備方法。

背景技術

在社會的不斷發展中，化石燃料是我們依靠的主要能源，但是隨著化石能源的不斷消耗，能源短缺問題日益嚴重，并且環境污染也隨著不斷加重，因此亟需一種新的零污染技術來解決能源問題。氫能作為一種可儲存、清潔、環境友好型能源，其燃燒產物僅僅是水，無大氣污染物、溫室氣體等的排放。然而，目前大約95％的氫氣來自于化石燃料，所以利用太陽能通過半導體光解水產氫技術是人類社會又一種新的可持續道路，即解決了能源短缺的問題又不會造成環境的污染。

在眾多的半導體材料中，對可見光響應較好的光催化劑如CdS、ZnS等又存在比較嚴重的光腐蝕、電子-空穴復合較快等問題，這就極大地減少了太陽光的利用率，從而降低了光催化效率。為了增加光催化劑的活性，現研究了一種三元型的金屬固溶體如Zn_0.5Cd_0.5S。這種三元型的金屬固溶體Zn_0.5Cd_0.5S比CdS、ZnS等二元型的材料相比，對可見光的響應具有新的能帶，光解水產氫性能有較大的提高。但是三元型的金屬固溶體Zn_0.5Cd_0.5S在電子-空穴復合上依然比較快，因此需要找到一些適合的能帶半導體或者助催化劑來彌補這些缺點。在助催化劑中，比較常見的有Au、Pt、Ag等，它們可以有效的分離光生電子和空穴，但其高昂的價格限制了工業上的使用。

發明內容

本發明是將廉價的Cu₂(OH)₂CO₃和高導電性的碳黑負載到Zn_0.5Cd_0.5S表面，高導電性的碳黑能夠加速Zn_0.5Cd_0.5S表面上光生電子的遷移，有效減少光生電子和空穴的復合速率，使更多的光生電子用于光解水產氫的過程，極大提高了Zn_0.5Cd_0.5S的量子效率和光解水制氫效率；而Cu₂(OH)₂CO₃的負載則有效降低了Zn_0.5Cd_0.5S的產氫過電位，加快了Zn_0.5Cd_0.5S的產氫速率，提升了Zn_0.5Cd_0.5S基光催化劑在工業應用中的潛力。