[發明專利]一種LixMoS2/CdS/g-C3N4復合光催化劑的制備及其分解水產氫應用

在審

• 申請號: 201910371311.1
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110064426A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 周建成;陳甜甜;李乃旭;葛陽;李瑤;葉康偉;袁慧敏;陳璐;陳崇熙
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明涉及一種Li_xMoS₂/CdS/g?C₃N₄復合光催化劑的制備及其分解水產氫應用。該催化劑的制備方法為：首先制備CdS/g?C₃N₄異質結結構，再通過超聲分散將過渡金屬硫化物負載于異質結上，最后采用金屬摻雜的方法完成過渡金屬硫化物的改性，合成三元復合光催化劑。該催化劑可應用于光催化分解水產氫過程，顯示出優異的產氫性能。本發明所制備的催化劑結構新穎、穩定性良好，可有效提高可見光響應范圍，增加產氫活性位點，促進電子快速轉移，抑制電子與空穴的復合，高效地將水轉化成清潔能源氫氣。

技術領域

本發明涉及在可見光照條件下催化水產氫過程，具體涉及到一種新型三元復合催化劑Li_xMoS₂/CdS/g-C₃N₄的制備方法及應用。

背景技術

能源是人類生存發展的基礎，人類的一切經濟活動和生存都依賴于能源的供給，而開采、利用其他資源也都要依賴能源。煤炭、石油、天然氣等化石燃料的長期使用，導致化石能源的日益枯竭，與此同時，化石燃料在燃燒過程中會產生大量有害的氣體，如SO₂、NO、CO₂等，造成了環境污染問題。因此，開發潔凈的可再生能源受到越來越多的關注。氫能是一種最理想的新世紀無污染的綠色能源，氫在大氣中并不存在，但大量地存在于各種水中。可通過電解等方法從水中獲得氫氣，但需很大的能量供給，成本極高。以方便而廉價的方法制備氫氣，成為能源和環境科學工作者夢寐以求的愿望。由于太陽光屬于自然界中取之不盡用之不竭的再生型能源，因此光催化技術是一種綠色技術，如能對其加以利用，不僅對于社會發展會產生巨大的經濟效益和生態效益，而且在新能源技術的進程上邁出了一大步。太陽光催化分解水來制備氫是解決能源和環境問題的最優良的途徑之一。而探索高效、穩定且經濟的可見光催化材料是光催化制氫技術實用化的關鍵所在。

金屬硫化物由于其良好的帶隙和光催化性能，被認為是最有前途的光催化劑。CdS以其優異的性能獲得了科學家的廣泛關注，但是較大的帶隙寬度限制了它的發展。CdS/g-C₃N₄、CdS/TiO₂等異質結結構能有效提高產氫速率，再負載一定量的助催化劑能表現出更優異的催化性能。MoS₂作為非貴金屬催化劑具有比表面積大，吸附能力強，反應活性高等優點，近年來也被廣泛研究。

針對上述問題，本發明構建了一種由Li_xMoS₂、CdS和g-C₃N₄組成的三元復合光催化劑。該新型催化劑高效穩定、綠色環保、成本低且使用壽命長，在光催化產氫領域具有良好的應用前景。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于為高效光催化分解水產氫提供一個新的途徑，尤其是一種三元復合催化劑Li_xMoS₂/CdS/g-C₃N₄的制備及其分解水產氫應用。本發明研究光解水產氫，水是自然界大量存在的，氫氣是目前可用作替代的新型能源結構，光解水產氫的研究符合對資源的合理利用、緩解能源危機及減少對傳統能源的過度依賴的要求，對于生態環境的健康發展具有重大意義。

技術方案：本發明的一種Li_xMoS₂/CdS/g-C₃N₄復合光催化劑的制備方法，該制備方法首先制備CdS與g-C₃N₄的異質結結構，再負載過渡金屬硫化物，最后改變表面過渡金屬硫化物的形態結構形成復合材料；其具體操作步驟如下：