[发明专利]一种光催化制氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光催化制氢催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂具有多孔结构，所述催化剂包括二氧化钛纳米纤维及硫化锌；所述二氧化钛纳米纤维上原位负载硫化锌纳米颗粒；所述二氧化钛纳米纤维与硫化锌纳米颗粒之间形成S型异质结结构。本发明中的光催化制氢催化剂中的二氧化钛纳米纤维与硫化锌纳米颗粒之间形成S型异质结结构，可以促进电子空穴的分离和隔离光生电荷载流子的作用，从而提高光催化制氢活性，将其应用于光催化制氢时，析氢速率超过2400μmol.g^‑1h^‑1。此外，本发明中的光催化制氢催化剂具有较高的稳定性，可以循环使用，且循环使用时其析氢速率变化较小。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种光催化制氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能是氢的化学能，氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质， 它构成了宇宙质量的75％。工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、 重油及天然气水蒸气催化转化制氢等，但这些反应消耗的能量都大于其产生的能量，得不偿 失，性价比不高。目前，光催化水制氢作为一种新的方法，通过光催化剂对水分解产生氢气， 该技术具有成本低，化学性质稳定，对环境友好等优点。然而现有的光催化剂在催化水制氢 时普遍存在着催化产率低的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种光催化制氢催化剂。

本发明的目的之二在于提供一种光催化制氢催化剂的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种光催化制氢催化剂在光催化材料中的应用。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面在于提供一种光催化制氢催化剂，所述催化剂具有多孔结构；所述 催化剂包括二氧化钛纳米纤维及硫化锌；所述二氧化钛纳米纤维上原位负载硫化锌纳米颗粒； 所述二氧化钛纳米纤维与硫化锌纳米颗粒之间形成S型异质结结构。

二氧化钛纳米纤维与硫化锌纳米颗粒的质量比可以为任意比例。优选地，所述二氧化钛 纳米纤维和硫化锌纳米颗粒的质量比为(0.5～30)：1；进一步优选地，所述二氧化钛纳米纤 维和硫化锌纳米颗粒的质量比为(0.5～20)：1；再进一步优选地，所述二氧化钛纳米纤维和 硫化锌纳米颗粒的质量比为(0.5～15)：1；更优选地，所述二氧化钛纳米纤维和硫化锌纳米 颗粒的质量比为(1～10)：1；最优选地，所述二氧化钛纳米纤维和硫化锌纳米颗粒的质量比 为5：1。

优选地，所述二氧化钛纳米纤维的直径为100～300nm；进一步优选地，所述二氧化钛纳 米纤维的直径为120～200nm；再进一步优选地，所述二氧化钛纳米纤维的直径为140～180nm。

优选地，所述硫化锌纳米颗粒的粒径为10～100nm；进一步优选地，所述硫化锌纳米颗粒 的粒径为10～60nm；再进一步优选地，所述硫化锌纳米颗粒的粒径为20～50nm；更优选地， 所述硫化锌纳米颗粒的粒径为25～40nm。

优选地，所述二氧化钛纳米纤维是由二氧化钛纳米颗粒组装而成。

优选地，所述二氧化钛纳米颗粒之间具有孔隙。

优选地，所述硫化锌纳米颗粒填充在所述二氧化钛纳米颗粒之间的孔隙内，和/或，所述 硫化锌纳米颗粒覆盖在所述二氧化钛纳米颗粒之间的孔隙上。

优选地，所述催化剂的比表面积为41～46m²g^-1；进一步优选地，所述催化剂的比表面积 为41～45m²g^-1。

优选地，所述催化剂上分布着孔径为7～12nm的孔；进一步优选地，所述催化剂上分布 着孔径为7～11nm的孔。