[发明专利]一种钙掺杂硫化镉纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钙掺杂硫化镉纳米片及其制备方法和应用，所述纳米片的化学式为Ca_xCd_1‑xS，其中0x1。所述制备方法包括如下步骤：将钙盐、镉盐、硫源和乙二胺混合搅拌，在80℃～120℃条件下反应6h～24h，干燥后得到钙掺杂硫化镉纳米片。本发明所述钙掺杂硫化镉纳米片可有效应用于光催化反应体系中，特别是在光催化分解水产氢气体系中可发挥高效的催化作用。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，更具体地，涉及一种钙掺杂硫化镉纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

利用自然界中的清洁能源来代替化石能源以解决化石能源在使用过程中带来的环境污染是21世纪以来人类面临的重大课题。氢气是热值高，零污染排放的清洁能源，被认为是替代化石燃料的理想能源。1972年，Fujishima和Honda首次发现在近紫外光(380nm)的作用下，n型半导体锐钛型二氧化钛单晶电极上光电催化分解H₂O产生氧气，在对电极Pt上同时产生氢气。从此，选择合适带隙的半导体以及利用半导体的光学响应性，进而在可见光下进行水分解产氢析氧的研究逐渐成为热门。

迄今为止，各种各样的半导体光催化剂已被开发出来，包括氧化物、硫化物、氮化物、氮氧化物、碳化物及其复合材料。在这些材料中，金属硫化物CdS(2.4eV)被认为是非常有前景的光催化半导体材料之一(Ren,D.D.；Shen,R.C.；Jiang,Z.M.；Lu,X.Y.；Li,X.,Highly efficient visible-light photocatalytic H₂ evolution over 2D-2D CdS/Cu₇S₄ layered heterojunctions.Chin.J.Catal.2020,41(1),31-40)。但现有硫化镉存在电子空穴复合率高的问题，导致其用于光催化水分解产氢活性较低。

发明内容

本发明的首要目的是克服硫化镉用于光催化时电子空穴复合率高的问题，提供一种钙掺杂硫化镉纳米片，所述钙掺杂硫化镉纳米片作为光催化剂用于光催化水分解产氢气时，具有较高的产氢速率。

本发明的另一目的是提供一种钙掺杂硫化镉纳米片的制备方法。

本发明的进一步目的是提供钙掺杂硫化镉纳米片的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种钙掺杂硫化镉纳米片，化学式为Ca_xCd_1-xS，其中0x1。

本发明以硫化镉为基质，通过在硫化镉中掺杂Ca，可以有效促进光生载流子分离，从而提高用于光催化水分解产氢的活性。

钙的掺杂量会影响所述纳米片的催化性能。优选地，所述纳米片的化学式为Ca_xCd_1-xS，其中0.3≤x≤0.5。更优选为Ca_0.3Cd_0.7S。

本发明还提供一种钙掺杂硫化镉纳米片的制备方法，包括如下步骤：

将钙盐、镉盐、硫源和乙二胺混合搅拌，在80℃～120℃条件下反应6h～24h，干燥后得到钙掺杂硫化镉纳米片。

优选地，钙盐、镉盐和硫源摩尔比为x:(1～x):(1.1～1.5)，其中0x1。

优选地，所述反应温度为90～110℃，时间为8～12h。

本发明所述镉盐选自本领域常规镉盐即可，一般地，所述镉盐选自硝酸镉、氯化镉、醋酸镉中的一种或多种。

本发明所述钙盐选自本领域常规钙盐即可，一般地，所述钙盐选自氯化钙、硫酸钙、硝酸钙中的一种或多种。