[发明专利]一种Cd掺杂的二氧化钛/硫化铟锌光阳极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Cd掺杂的二氧化钛/硫化铟锌光阳极及其制备方法，具体如下：（1）使用阳极氧化法在钛片上原位生长TiOsubgt;2/subgt;；（2）称取一定量的Cd(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;、ZnClsubgt;2/subgt;、InClsubgt;3/subgt;和CHsubgt;3/subgt;CSNHsubgt;2/subgt;溶于去离子水中，使用转子搅拌形成溶液待用；（3）将生长了TiOsubgt;2/subgt;的钛片放入上述溶液中，进行水热反应；（4）反应结束后取出烘干，将生长了Cd离子掺杂的TiOsubgt;2/subgt;/ZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;放入管式炉中，在氮气氛围下退火，反应结束后取出，由此便获得具有优异光电催化活性的光阳极。该方法采用阳极氧化、水热‑煅烧法得到用于光电催化的块状电极催化剂，具有工艺简单操作、反应条件可控、优良的光电催化性能、材料可回收等优点。

技术领域

本发明属于光电催化技术领域，具体涉及一种Cd掺杂的TiO₂/ZnIn₂S₄光阳极及其制备方法。

背景技术

随着全球人口不断增长，当今社会面临着能源紧缺的问题。人类消耗的能源大多来自于天然气、煤和石油等化石能源，然而化石燃料不可再生、储量有限，不利于可持续性发展。所以寻找绿色环保、资源丰富的可再生能源迫在眉睫。

氢气被认为是一种可持续的、清洁的、理想的能源。目前有潜力的制氢技术有太阳能光催化分解水、电解水、光电化学分解水、热化学分解水等。其中光电化学制氢技术具有以下几个优点：反应条件温和、无副产物和二次污染，操作相对简单有规模化生产的潜力等。常见的光电催化半导体主要包括硫化物、金属氧化物、钽酸盐、铌酸盐和钛酸盐等，在众多半导材料中，TiO₂具有光电催化效率高、成本低廉、易于工业化生产、性能稳定等优点，被公认为是最具开发前景和应用潜力的生态环保型催化材料，但是，TiO₂也存在着一些缺点，例如禁带宽度较宽，对可见光利用率较低，只能吸收3-5 %的太阳光，以及光生电子和空穴的快速复合。

硫化锌铟(ZnIn₂S₄)对于可见光有良好的吸收，而且在光照下的具有良好光稳定性，能和TiO₂形成异质结结构，缩小禁带宽度。专利CN 107723712 A公开了一种用于光生阴极保护的ZnIn₂S₄/TiO₂纳米管复合膜光阳极，该发明的光生电子和空穴的复合仍然较快，光电催化性能有待提升。

通过杂离子掺杂，可以解决以上问题，本发明通过两步阳极氧化法在钛片上原位生长了TiO₂纳米管，进一步使用水热-煅烧法合成了Cd掺杂的TiO₂/ZnIn₂S₄，即Cd-TiO₂/ZnIn₂S₄。Cd掺杂的ZnIn₂S₄可以与TiO₂形成异质结结构，缩小了禁带宽度，加速了光生电子和空穴的分离速度。紫外-可见光漫反射光谱表明Cd-TiO₂/ZnIn₂S₄在可见光区域吸收比TiO₂更强。光电化学测试表明，可以显着提高光电催化活性，与未掺杂Cd离子TiO₂/ZnIn₂S₄相比，TiO₂/ZnIn₂S₄的光电活性欠佳，进一步证明了Cd离子掺杂的优越性。此外，本发明解决了粉体催化剂在电极上易脱落，难回收的问题，无毒无害，对环境友好，在实际应用中具有广泛的应用前景。

发明内容