[发明专利]Ni掺杂Cd0.1Zn0.9S微米球光催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氢能制备领域，涉及氢能的光催化洁净制备技术，即模拟太阳可见光光照条件下以水为原料的光催化分解制氢技术。特别涉及一种镍(Ni)掺杂的硫锌镉Cd_0.1Zn_0.9S微米球光催化剂及其制备方法。

背景技术

常规一次能源供应不足、液体燃料短缺、化石能源利用造成的严重污染、CO₂减排压力以及农村边远地区用能问题等已使我国面临多重压力，促使人们不得不寻找新的洁净替代能源。大力加强可再生能源转化利用的基础理论研究，发展高效低成本的可再生能源优质转化与规模化利用技术，已成为我国能源科技领域今后一二十年最为紧迫的任务。我国拥有极为丰富的可再生能源资源，开发潜力巨大，从长远发展来看，完全可以满足国家可持续发展对能源资源的需求。然而由于多数可再生能源能量密度低，分散性强，不稳定、不连续，随时间、季节以及气候而变化使得我们至今仍缺乏高效低成本大规模利用可再生能源的有效手段。

氢是理想的二次能源，具有能量密度高，可储存、可运输、无污染等优点，把可再生能源转化为氢能，是解决上述困难的理想途径。随着21世纪以燃料电池为代表的各种氢能利用技术的迅猛发展，未来我国对氢的需求量将大幅度上升，发展高效低成本的可再生能源规模化制氢技术具有重大的社会、经济效益。国际社会一直在大力推动形成可持续发展的“氢气经济”。氢能经济形成的一个关键因素是获得廉价的氢能源。而利用太阳能光催化分解水规模制氢是当前乃至未来最有希望实现规模化生产并获得廉价氢气的高新技术。

光催化制氢的原理是：在一定能量光的照射下，催化剂受到激发产生电子和空穴对，电子迁移到催化剂表面将水还原为氢气，而空穴被体系中所加入的适当的廉价的牺牲剂所消耗。实现太阳能光催化分解水的关键是寻找具有合适带隙的可见光响应的光催化剂。目前国际上尽管有大量可见光响应的光催化剂的报道，但是大多活性偏低且稳定性较差。

硫化镉是一种公认的具有较高光催化制氢活性的光催化剂，在二十世纪八十年代末被广泛研究，硫化镉虽然活性较高但极易光腐蚀的特点限制了其发展。为此，通过多种手段对硫化镉光催化剂进行改性，如在硫化镉表面负载贵金属(Pt)、把硫化镉插入到层状催化剂中。另外有研究报道，硫化镉光催化剂可以和宽禁带半导体复合形成固溶体，从而改进其光催化活性。硫锌镉就是一种重要的三元硫化物固溶体光催化剂，随着镉、锌含量比的不同，可以得到一系列不同带隙的硫锌镉光催化剂。

但是在形成固溶体时，光催化剂的价带、导带同时变化，在带隙变窄的同时导带降低，这样容易使光催化剂的产氢活性下降。另外，在较宽禁带光催化剂中掺杂过度金属元素，从而在禁带中形成杂质能级，使催化剂带隙变窄，能提高产氢活性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种Ni掺杂Cd_0.1Zn_0.9S固溶体光催化剂及其制备方法，本发明制备的光催化剂可以大大提高分解水制氢的效率。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种Ni掺杂Cd_0.1Zn_0.9S微米球光催化剂，其特征在于，制得的光催化剂的颗粒形状为纳米晶组成的微米球，其中，Ni的掺杂量为催化剂重量的0.1％～0.5％。

上述Ni掺杂Cd_0.1Zn_0.9S微米球光催化剂的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

1)将硫酸锌ZnSO₄·7H₂O、硫酸镉3CdSO₄·8H₂O、硝酸镍Ni(NO₃)₂·6H₂O和硫代乙酰胺按照化学计量比溶解到去离子水中，形成混合溶液；

2)将混合溶液分别转移至水热釜中，密封完全后放置在烘箱中160℃下保持8小时；

3)取出水热釜，自然冷却至室温；

4)产物用去离子水洗涤数次，然后在室温下真空干燥箱中干燥，最后研磨后即得到Ni掺杂Cd_0.1Zn_0.9S微米球光催化剂；