[發明專利]一種高效光催化分解水產氫的光觸媒及其制備方法

在審

• 申請號: 202010851807.1
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112023948A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 盧定澤;李航;張育豪;曾宜梅;吳瓊;張勃宇;秦成
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J37/10;C01B3/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 弓長

本發明公開了一種高效光催化分解水產氫的光觸媒及其制備方法，光觸媒中的硫化鎘鋅為顆粒狀結構，所述硫化鎘鋅直徑約為20nm?100nm之間，MoS₂為二維的薄片堆積成的花狀結構，所述硫化鎘鋅固溶體顆粒均勻的分布在MoS₂的表面上。本發明分別將醋酸鎘、無水醋酸鋅加入的無水乙醇中，將混合溶液攪拌均勻，然后加入硫代乙酰胺與MoS₂，再次攪拌均勻得到原料液，將原料液轉移至反應釜中，在高溫下反應，反應完成后將溶液冷卻至室溫，將得到的產物經過離心機離心后，保留沉淀物；用去離子水和無水乙醇交叉清洗沉淀物，清洗后將沉淀物放于干燥箱干燥，得到產物，即MoS₂/Zn_0.5Cd_0.5S光催化劑。本發明通過將花狀的金屬硫化物(MoS₂)與硫化鎘鋅復合，構筑異質結，從而提高其光解水產氫性能。

技術領域

本發明屬于紡織工程領域，涉及一種高效光催化分解水產氫的光觸媒，還涉及該光觸媒的制備方法。

背景技術

隨著人類生活質量的不斷提高，人們越來越在乎環境問題和能源問題。但到目前為止，人類在燃料方面使用最多的仍然是天然氣、煤、石油等化石燃料。他們是不可再生能源且儲量有限，按目前的消費速度，化石燃料將在幾百年內消耗殆盡。而且化石燃料在燃燒過程中，會大量排放二氧化碳以及硫的氧化物等有害氣體，這些排放物會導致全球氣候變暖，酸雨嚴重增多，生態環境日趨惡化。因此，為了有效緩解環境問題，我們應該尋找一種新型的，而且安全、可再生的清潔能源。近幾十年來，許多科學家尋找各種新型無污染的能源，例如核能、太陽能、地熱能、風能和氫能等，在這些新能源中氫能是最具有實際應用意義的能源之一。

氫能作為一種新型能源，它的優點在于氫能燃燒時放熱量高，來源廣泛，且燃燒無污染，本身無毒性等。而且水可以通過合適的途徑生成氫能，水作為地球上儲備最多的物質，為獲取氫能提供豐富的原材料。目前獲取氫能有很多方法，其主要方法有：化石燃料產氫(如裂解自然界中儲量豐富的化石燃料制取氫氣，裂解碳氫化合物制取氫氣)、水電解產氫、光催化產氫、生物法產氫等。

化石燃料產氫是以化石燃料作為原料制取氫氣，其反應式為C+2H₂O＝CO₂+2H₂，是用煤、蒸汽作為原料來制取H₂的反應過程，反應所需的熱量來源于煤炭的燃燒。但天然氣和煤炭都是不可再生的自然資源，地球上的儲量也越來越少，而且在制氫過程中會產生CO₂，造成溫室效應，污染環境。故用它們來制取H₂對常規能源具有一定的依賴性，也嚴重破壞了自然環境。電解水制氫是將水電解成氫氣和氧氣，通過電能來提供能量。但電解水制氫由于其能耗高，效率低，很不經濟劃算，阻礙了它的發展。生物制氫的原理是微生物通過催化脫氫的方法來制取氫氣。生物制氫方法的優點是原料可再生、低污染等，但微生物在篩選時比較困難，原料收集和儲運也是制約其發展的主要原因。

由于以上制氫方法的缺點，人們開始關注光解水制氫。第一位利用光催化實現分解水制氫的是日本科學家Fujishima和Honda。在此之后，許多科學家開始了利用光電催化制備氫氣的研究。光解水制氫利用太陽能提供能量取代了傳統的化石燃料能量，不但節省了大量的自然資源，而且沒有產生有害氣體，是一種很有發展潛力的研究方向。而在此過程中，主要的目的是尋找合適的光催化劑，以此來達到提高光解水制氫效率的目的。

科研工作者在尋找合適的光催化劑過程中，發現金屬硫化物是一種相對較好的光催化材料。其中CdS很受歡迎，它具有相對較高的CB和較窄的帶隙，但是也容易發生光腐蝕現象。所以為了克服其缺點，人們找了帶隙較寬的ZnS，將其與CdS復合，形成Cd_xZn_1-xS固溶體。這樣就大大提高了催化劑催化活性和穩定性，但是這還遠達不到實際應用的要求。為此科學家們設計了很多提高其催化活性的方法，而我們采用加入助催化劑MoS₂的方法，來提高其催化活性。

發明內容