[發明專利]一種三元仿生復合可見光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201911174676.1
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110841660B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 莊建東;田勤奮;蔡再偉;墻佳宏;魏文康;俞懿蕓;任世明
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J35/08;C01B3/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學俊

本發明公開了一種三元仿生CNT@MoS₂/Cd_0.5Zn_0.5S復合可見光催化劑的制備方法及其應用，屬于光催化材料制備技術領域。其是借助仿生學的思想，模仿自然界中藤蔓植物的天然結構，利用多孔球狀Cd_0.5Zn_0.5S固溶體為主催化劑（果），以碳納米管（CNT）為電子存儲和傳輸通道（莖）、二維MoS₂納米片（葉）為助催化劑活性位，制得仿樹莓狀的復合光催化劑。本發明原料易得，制備方法簡單，所制備的復合光催化劑穩定性較好，具有極好的可見光催化分解水產氫的活性，在光催化領域和能源領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于光催化材料制備技術領域，具體涉及一種三元仿生CNT@MoS₂/Cd_0.5Zn_0.5S復合可見光催化劑的制備方法及其應用。

背景技術

隨著全球能源緊缺和環境污染等問題的出現，新型能源的開發和利用成為當今時代備受關注的主題。由于太陽能具有取之不盡、潔凈無污染、可再生等優點，使能將光能轉化為化學能的半導體光催化劑具有潛在的經濟效益。

Cd_0.5Zn_0.5S固溶體是一種十分重要的具有可見光響應性能的半導體光催化劑材料, 其不僅可以有效克服純CdS和ZnS自身的不足，也進一步了提高其光催化產氫效率。盡管如此，單一的Cd_0.5Zn_0.5S內光生電荷的傳輸和分離效率較低，電子和空穴對的體相復合嚴重，限制了在光催化產氫領域的實際應用。為解決Cd_0.5Zn_0.5S的上述缺點，目前開展了很多相關研究，例如將貴金屬、石墨烯、碳納米管以及二維納米片的典型代表二硫化鉬與Cd_0.5Zn_0.5S復合，以達到提高光催化活性的目的。

同時，一個高性能光催化體系的構建離不開對其各組成部分形貌和功能的合理設計。若將光催化劑比喻為光催化研究領域中的“花和果”，那么在解決其瓶頸問題時，我們不妨可以多留意一下“花和果”其周圍的“莖和葉”。比如植物作為一類高度進化的生命有機體，其各部分器官展現出特有的機能和結構。一般而言，植物的外露部分通常包含著花果、莖、葉。艷麗的花和美味的果實通常是人們關注的部分，然而所謂“紅花還需綠葉扶”，植物在繁衍進化的同時同樣不開莖葉的默默付出。其中，莖不僅能儲存和傳輸輸送養分，同時對葉、花和果也起到了支撐作用；而葉是蒸騰作用的重要器官，也是植物發生光合作用的重要活性位。這些植物器官結構和機能的有機結合，為進行高效的光合作用及繁衍、進化提供了勃勃生機，也為高效光催化體系的設計提供了思路，即仿生思想。

本發明借助結構仿生的思想，模仿自然界中藤蔓植物樹莓的天然結構，利用多孔球狀Cd_0.5Zn_0.5S固溶體為產氫光催化劑（果），以碳納米管（Carbon nanotube, CNT）為電子存儲和傳輸通道（莖），以二維MoS₂納米片為產氫助催化劑和活性位（葉），構筑三元CNT@MoS2/Cd_0.5Zn_0.5S的復合光催化體系，并將其應用在可見光分解水制氫方面，而國內外目前尚未見相關報道。

發明內容

本發明為解決現有Cd_0.5Zn_0.5S光催化劑活性較低的問題，而提供一種三元仿生CNT@MoS₂/Cd_0.5Zn_0.5S復合光催化劑的制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：