[发明专利]一种表面掺杂铝离子的CdS光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面掺杂铝离子的CdS光催化剂的制备方法，包括制备CdS纳米棒、制备表面掺杂Al³⁺的CdS纳米棒、表面沉积Pt三个步骤；由上述方法制备得到的光催化剂在结构组成、制备方法和催化性能方面与现有的金属/CdS催化剂显著不同，属于少见的表面离子掺杂，这种掺杂方式能有效的降低催化过程中电荷泄露，一定程度上阻止光生电荷的复合，光吸收和可见光催化效率高，在水制氢催化中表现出优良的催化性能，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种表面掺杂铝离子的CdS光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

硫化镉因其具有合适的禁带宽度(2.4eV，能吸收可见光)，能带位置满足光解水要求，制备方法简单等诸多优势，一直都是光催化领域研究的热点。同时，发明人在前期的研究中发现，负载1wt％Pt的CdS其光能利用效率随着光强的变化呈现“U”形，且理论上利用效率最低处正好位于100mW/cm²，实际情况亦相当吻合。而该强度正是太阳光强度范围，非常不利于该材料光催化的实际应用。研究人员也通过各种方式尝试着对其进行改性以进一步提高其光催化性能，如表面沉积贵金属颗粒、固溶体掺杂、构建异质结等。

目前，Al³⁺掺杂CdS纳米材料的研究也有少量文献报道出来，但记载的制备方法都比较复杂，且其中关于直接在CdS纳米材料表面掺杂Al³⁺以改进其光催化性能研究还未相关报道。本发明在现有文献(Wang Zhijian,et al.,Light-Intensity-DependentSemiconduct-Cocatalyst Interfacial Electron Transfer:A Dilemma of Sunlight-Driven Photocatalysis[J],J.Phys.Chem.Lett.2020,11,6,2369-2373.)的基础上，提供一种简单的、低成本的表面掺杂Al³⁺且表面沉积Pt的CdS光催化剂，且其产氢性能效果显著。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种在CdS表面掺杂Al³⁺的方法，提高CdS在太阳光强度范围的光催化性能。本发明制备方法简单，成本低廉、可批量化生产，且具有优良的光解水活性及稳定性，在高效CdS光催化材料开发应用方面应用前景广阔。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种表面掺杂铝离子的CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备CdS纳米棒；

(2)制备表面掺杂Al³⁺的CdS纳米棒：称取步骤(1)制备得到的CdS纳米棒，加入到反应釜中，随后加入水并充分分散，得CdS悬浊液；在搅拌条件下将配置好的Al(NO₃)₃水溶液逐滴滴加到所述CdS悬浊液中，混合均匀后将反应釜安装在均相反应器上开始反应，反应完成后依次经洗涤、干燥处理，即得所述表面掺杂Al³⁺的CdS纳米棒；

(3)表面沉积Pt：在步骤(2)制备得到的表面掺杂Al³⁺的CdS纳米棒表面沉积Pt。

优选的，CdS纳米棒的具体制备方法为：称取质量比为1:1的水合氯化镉与硫脲，加入到反应釜中，然后加入乙二胺，磁力搅拌30～90min后将反应釜置于烘箱中，在120～200℃下反应24～72h；反应完成后依次经洗涤、干燥处理，即得所述CdS纳米棒。