[发明专利]一种三元光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种三元光催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂为基于聚合物碳量子点/CoS/CdS的三元光催化剂，其制备方法为：先取壳聚糖原材料，溶解于水中，再加入NaOH，搅拌溶解，然后进行水热反应，再离心分离，获得上层清液，经透析得到甲壳素聚合物碳量子点溶液；先向去离子水中加入二水醋酸镉和六水硝酸钴，搅拌溶解；加入聚乙二醇，搅拌，接着加入硫代乙酰胺继续搅拌，再加入甲壳素聚合物碳量子点溶液，进行水热反应，陈化，离心分离得到固体即光催化剂。本发明催化剂同时具有高的光吸收率、高的电子空穴分离效率、高的光生电子迁移率，以及低光生电子空穴的复合率，具有高效的利用太阳光分解水产氢的效率，较传统的纯CdS的产氢效率提高20倍以上。

技术领域

本发明涉及光催化剂的制备方法及应用技术领域，具体涉及一种三元光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源的过度开发造成的资源枯竭和环境污染问题是目前人类面临的重要挑战。氢气是一种清洁、环保、可持续、能量密度高的绿色能源，是传统化石能源的理想替代方案，具有广阔的发展前景。其中，通过光催化法直接利用太阳能分解水产生氢气是一种理想的绿色产氢途径，然而高效光催化剂的开发是技术的关键和发展瓶颈。

由于光催化分解水产氢是一个复杂的物理化学过程，包括光催化剂吸收光，催化剂中的电子在光照的激发下形成自由电子和空穴，光生自由电子在催化剂内部的传导，自由电子在催化剂的表面活性位上还原水中的氢离子产生氢气等过程。在这些过程中，由于某一过程的限制就会导致光催化产氢的效率低下，这就要求高效的催化剂不仅具有禁带宽度小，对可见光的利用率高，而且需要光生电子空穴的传导速率高，电子空穴对复合率小，并且在催化剂表面具有足够多的表面活性位。然而，传统的光催化剂仅能满足其中一个或几个条件，而无法满足所有条件，从而导致光催化产氢效率较低，无法大规模应用。现有的技术主要通过掺杂来降低光催化剂的禁带宽度，通过形成异质结等方法获得高效的电子空穴分离效率，通过形貌控制获得高效的电子空穴传导效率，通过添加贵金属等助催化剂来提高催化剂表面的活性位。然而，这些催化剂仅能从一个方面进行改进，对催化剂性能的提高并不明显。并且导致制备过程复杂，贵金属的使用也造成成本高，限制了工业化应用。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题及不足，提供一种三元光催化剂及其制备方法和应用。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种三元光催化剂，所述催化剂为基于聚合物碳量子点/CoS/CdS的三元光催化剂。

一种三元光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、先取壳聚糖原材料，溶解于水中，再加入NaOH，搅拌溶解，然后将溶液转移至水热釜中进行水热反应，反应结束后放至室温，再离心分离，获得上层清液，经透析得到甲壳素聚合物碳量子点溶液，备用；

步骤二、先向去离子水中加入二水醋酸镉和六水硝酸钴，搅拌溶解；然后加入聚乙二醇，搅拌，接着加入硫代乙酰胺继续搅拌，再加入步骤一得到的甲壳素聚合物碳量子点溶液，并将溶液转移至水热釜中进行水热反应，反应完成后放至室温并进行陈化，陈化完成后离心分离得到固体，经洗涤、干燥，即得到碳量子点/CoS/CdS三元复合光催化剂。

作为本发明一种三元光催化剂的制备方法的进一步优化，步骤一所述的水热反应条件为：反应温度150-250℃，反应时间8-16h。

作为本发明一种三元光催化剂的制备方法的进一步优化，步骤一中每0.5g壳聚糖原材料溶于水后中加入0.01-0.1gNaOH。

作为本发明一种三元光催化剂的制备方法的进一步优化，步骤二的水热反应条件为：反应温度180-250℃条件下水热反应20-30h。

作为本发明一种三元光催化剂的制备方法的进一步优化，步骤二中二水醋酸镉、六水硝酸钴、聚乙二醇和硫代乙酰胺的重量比为8:1：(5-8)：(2-4)。