[发明专利]一种Zn0.5Cd0.5S/Cu2(OH)2CO3/碳黑负载型光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种Zn_0.5Cd_0.5S/Cu₂(OH)₂CO₃/碳黑负载型光催化剂及其制备方法，属于无机功能材料领域。将Cu₂(OH)₂CO₃和碳黑负载到Zn_0.5Cd_0.5S上制得负载型Zn_0.5Cd_0.5S光催化剂，其中Cu₂(OH)₂CO₃、碳黑与Zn_0.5Cd_0.5S质量比为0.03‑0.07:0.01‑0.05:1。本发明中，高导电性碳黑负载在Zn_0.5Cd_0.5S上加速了光生电子迁移，有效减少光生电子和空穴的复合速率，提高了量子效率和光解水制氢效率；Cu₂(OH)₂CO₃负载则有效降低了产氢过电位；与贵金属助催化剂相比，助催化剂廉价易得，降低了Zn_0.5Cd_0.5S光催化剂制氢成本，具备在工业中应用的前景。

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种Zn_0.5Cd_0.5S/Cu₂(OH)₂CO₃/碳黑负载型光催化剂及其制备方法。

背景技术

在社会的不断发展中，化石燃料是我们依靠的主要能源，但是随着化石能源的不断消耗，能源短缺问题日益严重，并且环境污染也随着不断加重，因此亟需一种新的零污染技术来解决能源问题。氢能作为一种可储存、清洁、环境友好型能源，其燃烧产物仅仅是水，无大气污染物、温室气体等的排放。然而，目前大约95％的氢气来自于化石燃料，所以利用太阳能通过半导体光解水产氢技术是人类社会又一种新的可持续道路，即解决了能源短缺的问题又不会造成环境的污染。

在众多的半导体材料中，对可见光响应较好的光催化剂如CdS、ZnS等又存在比较严重的光腐蚀、电子-空穴复合较快等问题，这就极大地减少了太阳光的利用率，从而降低了光催化效率。为了增加光催化剂的活性，现研究了一种三元型的金属固溶体如Zn_0.5Cd_0.5S。这种三元型的金属固溶体Zn_0.5Cd_0.5S比CdS、ZnS等二元型的材料相比，对可见光的响应具有新的能带，光解水产氢性能有较大的提高。但是三元型的金属固溶体Zn_0.5Cd_0.5S在电子-空穴复合上依然比较快，因此需要找到一些适合的能带半导体或者助催化剂来弥补这些缺点。在助催化剂中，比较常见的有Au、Pt、Ag等，它们可以有效的分离光生电子和空穴，但其高昂的价格限制了工业上的使用。

发明内容

本发明是将廉价的Cu₂(OH)₂CO₃和高导电性的碳黑负载到Zn_0.5Cd_0.5S表面，高导电性的碳黑能够加速Zn_0.5Cd_0.5S表面上光生电子的迁移，有效减少光生电子和空穴的复合速率，使更多的光生电子用于光解水产氢的过程，极大提高了Zn_0.5Cd_0.5S的量子效率和光解水制氢效率；而Cu₂(OH)₂CO₃的负载则有效降低了Zn_0.5Cd_0.5S的产氢过电位，加快了Zn_0.5Cd_0.5S的产氢速率，提升了Zn_0.5Cd_0.5S基光催化剂在工业应用中的潜力。