[发明专利]一种基于硫化物光-电双功能催化产氢复合材料及其制法

说明书

本发明涉及光‑电催化产氢技术领域，且公开了一种基于硫化物光‑电双功能催化产氢复合材料及其制法，包括以下配方原料：纳米MoS₂片、Cd(CH₃COO)₂·2H₂O、硫脲、碳纳米管，Ni掺杂Co₉S₈。该一种基于硫化物光‑电双功能催化产氢复合材料及其制法，Ni掺杂增强了Co₉S₈的导电性能，加速了电子的传输和扩散过程，通过碳纳米管包覆Ni掺杂Co₉S₈，避免了Co₉S₈与电解质之间产生副反应，CdS在光辐射下产生的空穴进入MoS₂的价带中，减少了CdS的光生电子和空穴的复合效率，纳米MoS₂具有良好的载流子迁移率，抑制CdS光生载流子的重组，通过羧基化碳纳米管不仅将电催化剂Ni掺杂Co₉S₈紧紧地包覆，同时使光催化剂CdS‑MoS₂异质结均匀地附着，实现了复合材料光解‑电解水产氢的双功能化。

技术领域

本发明涉及光-电催化产氢技术领域，具体为一种基于硫化物光-电双功能催化产氢复合材料及其制法。

背景技术

氢是一种资源丰富，可持续发展的清洁能源，具有燃烧热值高、氢燃烧性能好、燃烧产物是水等优异的特点，在氢能发电、氢动力汽车、磷酸盐型燃料电池、固体氧化物电池等方面具有广泛的应用，目前氢气的制取主要有生物法制氢法、重整法制氢法、化学氢化物制氢法、分解水制氢等。

水分解产氢主要有光催化产氢以及电解水产氢两种方法，电解水制氢是通过在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，通常为了促进水分解过程需要加入电催化剂或电极材料等，如贵金属铂、钌等催化剂以及过渡金属基催化剂及电极材料等，光催化产氢原理是光辐射在催化剂时，催化剂内的电子被激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在催化剂的不同位置将水氧化还原成氢气和氧气，常见的光催化剂如钽酸盐、钛酸盐、多元硫化物等。

但是目前的过渡金属电催化产氢材料的导电性较差，降低了电子的传输和扩散速率，抑制了水分解成氢气和氧气的反应正向进行，同时催化剂在电解过程中，基体容易和电解液发生副反应，导致电催化剂的结构损耗，而光催化产氢材料在水中的分散性较差，容易团聚和结块，降低了光催化剂的活性位点和与水的接触面积，同时光催化剂的空穴和电子容易复合，从而降低了光催化剂分解水产氢的效率，并且目前大多数光催化剂电化学性能较差，不具有电化学制氢的效果。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于硫化物光-电双功能催化产氢复合材料及其制法，解决了过渡金属电催化产氢材料的导电性较差、催化剂容易和电解液发生副反应的问题，同时解决了光催化剂电化学性能较差，不具有电化学制氢的效果。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于硫化物光-电双功能催化产氢复合材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：18-23份纳米MoS₂片、12-14份Cd(CH₃COO)₂·2H₂O、21-26份硫脲、13-17份碳纳米管，20-36份Ni掺杂Co₉S₈。

优选的，所述纳米MoS₂片制备方法包括以下步骤：

（1）称取质量比为1.5-2的MoS₂粉末和NaCl粉末加入至行星球磨机中，球磨机公转转速为50-70 rpm，自转转速为620-650 rpm，进行球磨6-7 h，向球磨机中加入适量的蒸馏水，继续保持转速进行球磨5-6 h。