[发明专利]一种光催化分解水制氢材料CdS/Ba0.9Zn0.1TiO3及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种光催化分解水制氢材料CdS/Ba_0.9Zn_0.1TiO₃及其制备方法。

背景技术

能源是人类活动的基础及人类社会发展的物质前提，与传统的化石能源(如煤、石油)相比，氢气能是一种清洁能源，它可以从水中获得，完全燃烧后的产物是水，不会对环境造成任何污染，是世界上最干净的能源。虽然目前利用天然气、石油 、煤等化石能源通过热化学法制取氢的技术比较成熟，但它既不不经济，又不环保，而电解水的方法耗能较大，如果我们可以利用可再生能源（如太阳能）分解水产生氢气，那么氢气可以称为真正的“绿色能源”。

日本学者Fujishima A和Honda K自上世纪六十年代末对光照n-型半导体TiO₂电极导致水的分解从而产生氢气这一现象的发现，揭示了利用太阳能分解水制氢—或者说将太阳能直接转化为化学能的可能性。目前，在众多的光催化剂中，TiO₂以其廉价无毒、导带价带电位合适、光腐蚀性小、无二次污染等诸多优点，成为多相光催化领域的热点，并被认为是当前最具有开发前景的绿色环保型光催化剂。然而TiO₂存在以下一些问题：1、光致空穴与光生电子的复合速率快，量子效率低；2.、TiO₂对污染物的吸附性差；3、禁带较宽（Eg=3.2ev）。因此，有必要探索和开发新型的光催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型光催化分解水制氢材料及其制备方法，为解决当今能源问题提供新材料。本发明的材料制备是采用水热熔胶法，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求。

本发明是这样来实现的，其特征是催化剂是由CdS负载到Ba_0.9Zn_0.1TiO₃而形成的异质结催化剂。当CdS与Ba_0.9Zn_0.1TiO₃的摩尔比为1 : 5时，其表达式为20%CdS/Ba_0.9Zn_0.1TiO₃，材料的催化效果最佳。在300瓦氙灯照射下，以Na₂S/Na₂SO₃为牺牲试剂，本发明的材料20%CdS/Ba_0.9Zn_0.1TiO₃在无贵金属共催化的情况下，光催化分解水产氢气效率达到1473                                               。

本发明的催化剂CdS/Ba_0.9Zn_0.1TiO₃可通过改变CdS与Ba_0.9Zn_0.1TiO₃的摩尔比，从而获得不同负载比例的CdS/Ba_0.9Zn_0.1TiO₃异质结催化剂。

本发明的的催化剂CdS/Ba_0.9Zn_0.1TiO₃的制备方法为: 将2克通过水热溶胶法制备好的Ba_0.9Zn_0.1TiO₃粉末分散于30毫升水中，搅拌均匀之后加入相应量的乙酸镉（根据CdS与Ba_0.9Zn_0.1TiO₃的摩尔比不同而添加不同量的乙酸镉，其使用量的范围为：0.2256~0.9024克），超声分散15分钟，添加相应量的硫脲（根据CdS与Ba_0.9Zn_0.1TiO₃的摩尔比不同而添加不同量的硫脲，其使用量的范围为：0.0644~0.2574克），超声分散15分钟，将所得溶液装入100毫升的聚四氟乙烯的反应釜中，放入150℃的马弗炉中水热反应10小时。将水热反应后的样品进行多次过滤、洗涤，干燥后研磨，得到目标催化剂。