[发明专利]一种用于制氢的硫化镉量子点-酞箐铜光催化剂及制备方法

说明书

本发明一种用于制氢的硫化镉量子点‑酞箐铜光催化剂及制备方法，将镉盐和含硫化合物分别溶于有机溶剂中作为镉源和硫源，将镉源和硫源在超声的条件下混合进行反应制成水溶性硫化镉量子点，然后与酞箐铜混合反应后，过滤、干燥即得到具有高催化活性的硫化镉量子点/酞箐铜复合型光催化剂。本发明利用硫化镉量子点与具有合适带隙结构的酞箐铜相复合，利用两种半导体的能级差使光生载流子在两者的导带和价带之间互相迁移，促进光生电子和空穴的分离，进而提高其光分解水制氢的催化性能，克服了纯硫化镉在光催化分解水的过程中存在光生电子和空穴复合速率快的缺陷，推动了硫化镉材料光催化性能的实际应用。

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，具体涉及一种用于制氢的硫化镉量子点-酞箐铜光催化剂及制备方法。

背景技术

当前，随着社会的不断发胀，人类对于化石燃料的过度开采利用引起了世界范围内的能源危机和环境问题。因此，以清洁的再生能源取代非再生能源，尽量降低对不可再生化石燃料资源的依赖程度，尽可能多的使用太阳能、水能、风能和生物能这类可再生能源是解决目前能源危机的重要措施。其中，利用取之不尽用之不竭的清洁的太阳能将水分解产生氢气，将有效地同时解决能源危机和环境污染两大问题。

光催化化学始于 20 世纪七十年代，光催化反应是利用光照射而引发的催化反应，利用光作为能源，通过催化材料（通常是纳米半导体材料）把光能转化为化学能，促进化合物的合成或者降解过程。半导体光催化分解水产氢能够把低密度的太阳能转化为高密度的、可储存的氢能，是一种环境友好的绿色技术。半导体是介于导体和绝缘体之间，半导体按照载流子的特征可分为本征半导体、n 型半导体和 P 型半导体。n 型半导体是施主向半导体导带输送电子，形成以电子为多子的结构。P 型半导体是受主接受半导体价带电子，形成以空穴为多子的结构。半导体光催化分解水产氢的原理是当能量大于或相当于半导体带隙宽度 Eg的光辐射在半导体上时，半导体价带中的电子受到光子激发，从价带跃迁到导带，然后移动到半导体表面，与吸附在表面的质子或水分子发生还原反应生成氢气。

硫化镉具有较窄的带隙和合适的导带位置，满足可见光产氢的必要条件，在可见光光催化分解水产氢应用中最常用的催化剂之一，众多硫化镉纳米构型中，硫化镉量子点由于其可以通过改变尺寸来控制能带结构的特点，被看作具有潜力的光催化剂，并且硫化镉量子点在水中分散性极好，能更好的吸收可见光，在光催化制氢领域引起了研究者们的广泛关注。然而，硫化镉本征半导体的带隙较窄，只有约2.4 eV，且硫化镉是直接带隙半导体，因此，当电子受光的激发从价带跃迁到导带上之后，光生电子和空穴复合速率快，故纯硫化镉本身的光催化分解水产氢效率较低的，限制了其光催化性能的实际应用。

目前有通过负载 Pt、Pd等贵金属作为共催化剂来提高硫化镉光催化剂催化活性，如中国发明专利申请号200510022763.7公开了一种载铂硫化镉光催化剂的制备方法，将选择醋酸镉为原料，在300℃～600℃温度范围内热分解1h得到氧化镉前驱体；然后在200℃～400℃温度下对氧化镉前驱体热硫化4h，得到硫化镉，并将硫化镉以光还原法负载贵金属铂即得产品。该发明制备的硫化镉表面存在特殊的纳米阶梯型貌，使得该催化剂在载铂后可见光光催化分解水产氢活性得到极大提高。但是，该发明需要贵金属铂催化剂的加入，催化效率有限，不利于成本控制。

也有通过制备特殊结构的硫化镉光催化剂提高硫化镉光催化剂催化活性，如中国发明专利申请号201210479438.3公开了一种较高光催化活性的硫化镉光催化剂及其制备方法，利用醇热法，以乙醇为溶剂，加入硫源和镉源，转入高压釜内控制温度为 150℃加热反应后自然冷却至室温，将所得的沉淀洗涤至流出液为中性后再真空干燥即得中空微米球结构的硫化镉光催化剂。虽然制备的中空微米球结构的硫化镉能够增加硫化镉表面积，增加了载流子跃迁数目，但是制备条件苛刻，光生电子和空穴复合速率快的根本问题没有得到解决，催化活性有待提高。