[發明專利]一種繡花球狀Ta

在審

• 申請號: 201910711970.5
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110560118A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 裴浪;元勇軍;鐘家松
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/08;B01J35/10;C01B3/04
• 代理公司: 33240 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開一種繡花球狀Ta₃N₅/MoS₂異質結光催化材料及其制備方法。呈現出繡花球狀，Ta₃N₅納米棒被均勻的包裹在二維MoS₂層間，且Ta₃N₅與MoS₂之間形成緊密接觸的異質結；MoS₂與Ta₃N₅的比例為0.2～1mmol:40mg。本發明將前驅體溶液過夜攪拌操作使得最終制備得到的Ta₃N₅/MoS₂異質結構呈繡花球狀。相比于原始的Ta₃N₅，本發明中最優配比的Ta₃N₅/MoS₂異質結光催化劑其光催化產氫速率提高了22倍左右。

技術領域

本發明屬于無機非金屬能量轉換材料中光催化材料領域，具體涉及繡花球狀Ta₃N₅/MoS₂異質結光催化材料及其制備方法。

背景技術

能源是文明永恒的主題，氫能作為一種高效的清潔可再生能源，被視為本世紀最具潛力的新能源之一。利用半導體光催化劑分解水制取氫氣是一種集太陽能俘獲、轉換及存儲于一體的綠色技術，被稱為是無機光化學研究領域的圣杯。以Pt為代表的貴金屬是目前最為優異的析氫催化材料，但其昂貴的價格和十分有限的儲量，嚴重限制了其在大規模工業中的應用。因此，開發儲量豐富的、廉價的高活性光催化劑，以用于高效光催化分解水制氫，是太陽能-氫能轉換領域內一個重要的研究課題。

新型氧氮化物、氮化物與相應氧化物相比具有更窄的帶隙以及增強的導電性，近年來在光催化分解水研究當中備受青睞。特別是氮化鉭(Ta₃N₅)，具有理想的帶隙值(2.1eV)以及合適的帶邊位置，其理論STH轉換效率可達15.9％，是目前國際太陽能光電催化制氫領域主攻體系之一。自2003年開始，在全球范圍內，Ta₃N₅作為光電化學分解水電池的光陽極材料逐漸成為研究熱點。然而，盡管Ta₃N₅具有全解水的潛力，但其光催化產氫活性非常低。究其原因，Ta₃N₅不足的光生電荷分離能力嚴重制約其產氫活性的進一步提升。因此，強化Ta₃N₅光生電荷分離是推動其在光催化領域應用的關鍵。對于一個有效的光催化體系，除了用于吸收光能產生電子空穴對的半導體作為主體光催化劑以外，在催化劑表面負載助催化劑常常是必不可少的。通常，助催化劑可以作為電子或空穴的捕獲點來加速主體光催化劑中電子空穴對的分離。同時，合適的助催化劑有時還可以作為催化反應活性位點降低氧化或還原反應中的過電勢，提高光催化反應速率。二維MoS₂是目前研究較多的一類非貴金屬助催化劑，研究表明，二維MoS₂可作為析氫助催化劑，提供合適的析氫活性位點，降低析氫反應勢壘。另外，作為一種重要的二維類石墨烯半導體材料，二維MoS₂納米片比表面積大，帶隙可調，吸附性能好，可與多種半導體(CdS、TiO₂、p-Si、g-C₃N₄等)構建異質結構，從而有利于光生電子空穴對分離。因此，綜合上述考慮，通過二維MoS₂與Ta₃N₅的導向組裝與合理優化，發明一種Ta₃N₅/MoS₂異質結光催化材料的制備方法，極有可能實現強化Ta₃N₅光生電荷分離并提高其光催化產氫活性的目的。

發明內容