[發(fā)明專利]高效產(chǎn)氫的ZnO核殼納米棒陣列光催化劑、制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811054958.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN109289875B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐春祥;游道通;石增良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/047
• 分類號(hào): B01J27/047;B01J37/34;C01B3/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳風(fēng)平

本發(fā)明公開了一種高效產(chǎn)氫的ZnO核殼納米棒陣列光催化劑，包括絕緣襯底，在所述襯底上分布有ZnO納米棒陣列，所述ZnO納米棒陣列由若干ZnO納米棒組成；若干所述ZnO納米棒外層為WS₂薄膜，形成ZnO?WS₂復(fù)合體系；所述ZnO?WS₂復(fù)合體系外層負(fù)載有CdS納米顆粒，形成ZnO?WS₂?CdS核殼納米棒陣列。本發(fā)明還提供了該光催化劑的制備方法及在可見光催化下產(chǎn)氫的應(yīng)用。本發(fā)明的光催化劑具有有效的電子轉(zhuǎn)移能級(jí)，實(shí)現(xiàn)快速的載流子分離從而提高產(chǎn)氫活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光催化材料，特別涉及一種高效產(chǎn)氫的ZnO核殼納米棒陣列光催化劑、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

光催化技術(shù)一直被認(rèn)為是解決環(huán)境與能源問題的有效技術(shù)，其中光催化產(chǎn)氫技術(shù)利用太陽(yáng)能直接將水分解成清潔的氫氣，因此科研工作者致力于開發(fā)高效的半導(dǎo)體光催化劑，其中研究結(jié)構(gòu)-性能是很重要的研究方向。ZnO一維結(jié)構(gòu)具有高比表面積，快速的載流子傳輸路徑以及優(yōu)異的光吸收性能，受到廣泛關(guān)注，但與此同時(shí)，ZnO寬帶隙只能吸收占太陽(yáng)光5％的紫外光及半導(dǎo)體光生電子空穴快速的復(fù)合影響催化效率。CdS的禁帶寬度為2.4eV，表現(xiàn)出良好的可見光產(chǎn)氫活性，ZnO和CdS復(fù)合，形成異質(zhì)結(jié)不僅可以拓寬ZnO光譜吸收，并且可以使CdS光生電子空穴有效分離，提高了光催化活性。WS₂作為典型的過渡金屬硫化物，具有良好的助催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有的ZnO光吸收范圍狹窄，太陽(yáng)光利用率低和半導(dǎo)體光生電子空穴快速的復(fù)合的問題，本發(fā)明提供了一種高效產(chǎn)氫ZnO核殼納米棒陣列光催化劑。本發(fā)明的另一目的是提供了該高效產(chǎn)氫ZnO核殼納米棒陣列光催化劑制備方法。本發(fā)明還提供了該高效產(chǎn)氫的ZnO核殼納米棒陣列光催化劑在可見光下產(chǎn)氫的應(yīng)用。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種高效產(chǎn)氫的ZnO核殼納米棒陣列光催化劑，包括絕緣襯底，在所述襯底上分布有ZnO納米棒陣列，所述ZnO納米棒陣列由若干ZnO納米棒組成；若干所述ZnO納米棒外層為WS₂薄膜，形成ZnO-WS₂復(fù)合體系；所述ZnO-WS₂復(fù)合體系外層負(fù)載有CdS納米顆粒，形成ZnO-WS₂-CdS核殼納米棒陣列。

本發(fā)明所述的絕緣襯底可選用現(xiàn)有的襯底材料，需要滿足耐1000-1200℃高溫即可。

本發(fā)明在襯底上生長(zhǎng)的ZnO納米棒陣列，其陣列方向?yàn)榕c襯底基本呈垂直分布，優(yōu)選為所述ZnO納米棒的平均直徑為300-1000nm。

本發(fā)明的所述WS₂薄膜分布于ZnO納米棒外層，優(yōu)選地，WS₂薄膜平均厚度為1-10nm。

本發(fā)明的ZnO-WS₂復(fù)合體系外層負(fù)載有CdS納米顆粒，優(yōu)選地，CdS納米顆粒平均粒徑為5-15nm。

本發(fā)明的一種優(yōu)選方式為所述襯底為藍(lán)寶石襯底。

本發(fā)明的另一種優(yōu)選方式所述ZnO納米棒陣列為通過氣相沉積法生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。

上述ZnO納米棒陣列具體生長(zhǎng)方法為：將ZnO粉末和碳粉末按照質(zhì)量比1:1-3混合得到混合粉末，并放入石英管底部；將藍(lán)寶石襯底切塊、清洗作為生長(zhǎng)基底；將混合粉末和藍(lán)寶石襯底放入一端開口的石英管內(nèi)，將石英管水平推入管式爐中，抽真空然后通入130-180sccm氬氣和13-18sccm氧氣進(jìn)行高溫反應(yīng)，溫度為1000-1200℃，反應(yīng)時(shí)間為10-60min，反應(yīng)結(jié)束生成ZnO納米棒陣列。