[發明專利]一種三維花狀體鋅硫鎘光催化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911274094.0
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111111695B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 向全軍;程蕾;張懷武;廖宇龍;張岱南;金立川;李頡
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/62;C01G11/00;C01B32/40
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種三維花狀體鋅硫鎘光催化材料及其制備方法和應用，屬于半導體光催化材料技術領域。所述鋅硫鎘光催化材料為Cd_xZn_1?xS，x＝0.2～0.8，形貌為三維分等級花狀結構，單個花體大小為2～3μm，花瓣厚度為2.5～3.5nm。本發明鋅硫鎘光催化材料從三方面提高光催化活性：首先，三維分等級花狀結構的鋅硫鎘具有較大的比表面積，能提供大量的光催化還原反應活性位點；其次，花瓣較薄的鋅硫鎘具有較高的捕光效率，能吸收和利用更多的可見光；最后，三維分等級花狀結構的鋅硫鎘禁帶寬度在2.4eV左右，導帶位置較二氧化碳還原電位更負，有利于促進光生電子在體系中的遷移，延長光生載流子的壽命，提高體系的光催化活性。

技術領域

本發明屬于半導體光催化材料技術領域，具體地說，涉及一種可以高效和選擇性光催化還原二氧化碳的三維花狀體鋅硫鎘光催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，光催化還原二氧化碳被視為一種既能解決人類能源短缺問題同時又能減少溫室氣體，改善人類生存環境的綠色新型技術。然而，其構建高催化活性和高穩定性的催化體系仍然面臨著巨大挑戰。由于二氧化碳氣體的相對穩定性，通常需要顯著活性的催化劑來克服電荷動力學過程中的光生電子空穴對的復合，同時還需保持優異的穩定性。因此，尋找和構建理想的催化劑需同時滿足在催化還原二氧化碳反應過程中具備較好的活性、選擇性及穩定性等特點。

Cd_xZn_1-xS固溶體作為一種在固態條件下通過CdS溶解ZnS而形成的均勻晶態固體，在結構上擁有比ZnS更窄的帶隙和比CdS更負的導帶底電勢，其價帶和導帶位置可以通過改變鋅與鎘的摩爾比來進行調控，使得在光催化還原二氧化碳和光催化分解水產氫等方面具有廣闊的應用前景。光催化材料的結構形貌是決定光催化材料的性能和應用價值的關鍵因素之一，不同形貌的Cd_xZn_1-xS固溶體在比表面積、表面結構以及帶隙位置和禁帶寬度等方面都會有一定程度的差異，從而進一步影響體系的光催化活性和穩定性。關于Cd_xZn_1-xS固溶體光催化材料的形貌及其光催化應用的報道有很多，如Zn_1-xCd_xS納米球光催化分解水制氫(Manjodh Kaur,et al.ACS Sustain.Chem.Eng.2017,5,4293-4303)，Cd_xZn_1-xS納米顆粒光催化降解亞甲基藍(Sunil N.Garaje,et al.Environ.Sci.Technol.2013,47,6664-6672)等。需要指出的是這些結構的Cd_xZn_1-xS固溶體具有高密度特征形貌、小比表面積腔體結構以及低捕光效率，使得在延長光生載流子壽命促進光催化體系的效率方面表現的并不理想。除此以外，關于三維的Cd_xZn_1-xS固溶體在沒有任何犧牲劑參與的條件下直接光催化還原二氧化碳的研究至今未曾報道。在本發明中，我們首次提出了三維分等級花狀體鋅硫鎘光催化材料的制備及其在可見光光照下催化還原二氧化碳中的應用。

發明內容