[發明專利]一種基于肖特基結的二硫化鈷/硫化鎘復合材料的制備及其應用

在審

• 申請號: 201910351279.0
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN109911945A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 湯儆;邱冰清;李晨曦;王維禮;李茜;蔡嬌鋒
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;C01G11/02;C01B3/04;B82Y40/00;B82Y30/00;B01J27/043
• 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

本發明屬于光催化裂解水產氫領域，具體涉及一種基于肖特基結的CoS₂/CdS復合材料及其制備方法和在光催化裂解水制氫方面的應用。該催化劑的制備是以硝酸鈷、二硫化碳為原料，并以十六烷基三甲基溴化銨CTAB作為保護劑，在合適的反應溫度和反應時間下，用簡便的水熱法將不同質量的CoS₂負載到事先制備好的CdS納米棒（NRs）上，以此合成不同質量分數的CoS₂/CdS復合材料。金屬性的CoS₂與n型半導體CdS之間形成肖特基異質結，在可見光的照射下，制得CoS₂/CdS復合材料光催化析氫活性明顯高于單純的CdS NRs。本發明復合催化劑制備方法簡單，產氫效果優異，為其他金屬性材料的光催化應用留下了鋪墊。

技術領域

本發明屬于光催化裂解水產氫領域，具體涉及一種基于肖特基結的CoS₂/CdS復合材料及其制備方法和在光催化裂解水制氫方面的應用。

背景技術

近年來，由于人口增長和城市化的發展，人類對于能源的需求顯著增加。傳統的能源是使用化石燃料，如石油、天然氣和煤炭等,但其結果卻伴隨著嚴重的環境污染。人類迫切需要研發出清潔的能源技術，例如利用風能，潮汐能，太陽能等等，以應對氣候變化、能源安全和全面經濟發展等全球性挑戰。太陽能作為地球上一種取之不盡的能量，其潛力正被人類逐步挖掘。利用太陽能在光催化劑作用下產生氫氣是實現太陽能光化學轉換和儲存的有效方法之一，由于氫氣作為一種綠色、無污染并且高能的清潔能源，可以通過直接燃燒或氫氧燃料電池釋放能量，因此近年來也備受科研界學者的關注。光催化產氫的催化劑主要為半導體光催化劑、貴金屬等等，其中，CdS作為一種半導體光催化劑因其具有可見光響應以及足夠負的導帶位置以還原氫氣而受到諸多報道。然而由于CdS帶隙較小（2.4 eV），光照中產生的電子與空穴很容易重新復合以及CdS上殘留空穴對其具有光腐蝕作用，使得其電子利用率較低，嚴重影響它的光催化析氫效率。為了充分提高CdS的光催化析氫性能，目前科研界采取了元素摻雜、形成異質結等多種方式來增強其光催化析氫性能。肖特基結是異質結中的一種，它由金屬與半導體組成，為了使二者的費米能級達到一致，它們之間能發生電子的轉移。CoS₂作為一種金屬性物質，具有良好的導電性并且在電催化產氫上也有著很大的活性，但僅有部分人將其通過MOF煅燒的方式負載在半導體上形成異質結。但該合成步驟多步且耗能，因此設計出一種簡便的方法來構建含有CoS₂的肖特基結以用于光催化析氫是很有意義的。

發明內容

為了克服上述材料的局限性，滿足光催化析氫技術的發展需要，本發明提供一種催化效率高、成本低廉、合成方法簡便的CoS₂/CdS復合材料制備方法及其在光催化裂解水產氫中的應用。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

所述一種基于肖特基結的CoS₂/CdS復合材料，是以一維結構的CdS NRs作為載體，CoS₂納米顆粒負載在CdS NRs表面。所述CdS NRs長度為1μm～2μm、直徑為70 nm-100 nm。通過控制硝酸鈷與CTAB的摩爾比，在相同的負載量下，所修飾的CoS₂納米顆粒尺寸分別為50-60 nm、30-40 nm、8-10 nm。

所述一種CoS₂/CdS復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）分別稱取4.624 g的 CdCl₂·2.5H₂O 和4.610 g的CH₄N₂S倒入100ml燒杯中，再向其中加入70 ml的乙二胺，超聲分散90min，使二者溶解完全；將；充分溶解后的反應物轉移到100mL的高壓反應釜中，再置于鼓風干燥箱中程序升溫到160℃，反應48h；待高壓釜冷卻至常溫，將反應產物過濾后，用去離子水和無水乙醇分別離心洗滌三次，置于70 ℃真空干燥箱中真空干燥12 h，得到CdS NRs；