[发明专利]一种富含硫空位的镍包裹硫锰镉等离子体光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种富含硫空位的镍包裹硫锰镉等离子体复合光催化剂的制备方法及应用。该复合光催化剂以富含硫空位的Mn_0.3Cd_0.7S纳米棒为载体，在乙醇溶液中，通过原位光沉积的方法，负载无定型的Ni纳米层，得到Ni/Mn_0.3Cd_0.7S等离子体复合光催化剂。本发明引入的Ni层具有表面等离子共振效应，能够扩大光吸收，为光催化产氢反应提供大量热电子。且硫空位的引入能够降低Ni与Mn_0.3Cd_0.7S的肖特基势垒，进一步促进光生电子的迁移。所得复合材料与单纯Mn_0.3Cd_0.7S相比，光催化分解水产氢性能显著提高，且能够在人工海水中抑制盐离子的腐蚀，在海水中表现出优于纯水的催化活性。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种富含硫空位的镍包裹硫锰镉等离子体光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化水分解产氢是解决当今能源、环境问题非常有潜力的技术手段。目前水分解技术的研究多数是在纯水中进行，然而淡水作为人类赖以生存的重要资源随着人口的增长和工业的发展变得越来越紧缺。因此，吸收源源不断的太阳光，在海水中直接分解水产氢，实现将太阳能转化为氢能对解决能源危机和治理环境污染具有重要意义。

局域表面等离子体共振效应能够通过调控光催化体系的光谱响应范围，增强光散射、热电子注入、诱导产生强烈的局域电场等方法来增强材料的光催化性能。将具有等离子体共振效应的金属与传统半导体光催化剂结合,能够显著提高传统光催化材料的太阳能转换效率，已经受到广泛关注。但是金属与半导体界面之间肖特基结的存在，限制了热电子的转移，因此有必要对催化剂改性，降低肖特基结的高度。半导体光催化剂的固有特性（如空位）以及构建半导体异质结可以调节其能带结构、进而调节肖特基结的高度，从而能够影响光催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有更高效镍包裹硫锰镉（Ni/Mn_0.3Cd_0.7S）等离子体复合光催化剂的制备方法及其可见光诱导催化分解水产氢中的应用。本发明引入的Ni层具有表面等离子共振效应，能够扩大光吸收，为光催化产氢反应提供大量热电子，且硫空位的引入能够降低Ni与Mn_0.3Cd_0.7S的肖特基势垒，进一步促进光生电子的迁移，使其光催化分解水产氢性能显著提高，且能够在人工海水中抑制盐离子的腐蚀，在海水中表现出优于纯水的催化活性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种富含硫空位的镍包裹硫锰镉（Ni/Mn_0.3Cd_0.7S）等离子体复合光催化剂，该催化剂是由富含硫空位的Mn_0.3Cd_0.7S纳米棒作为载体，在其表面原位沉积无定型的Ni纳米层而构成。

所述Mn_0.3Cd_0.7S纳米棒的长度为150–700 nm，直径为50 nm；所述Ni纳米层的厚度为1–2 nm。

所述富含硫空位的镍包裹硫锰镉（Ni/Mn_0.3Cd_0.7S）等离子体复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）溶剂热法制备富含硫空位的Mn_0.3Cd_0.7S纳米棒：

将乙酸镉和乙酸锰溶解于乙二胺和去离子水的混合溶剂中，加入硫代乙酰胺继续搅拌混匀，然后将所得混合溶液转移到高压反应釜中，200 ℃恒温反应24 h，自然冷却至室温，所得沉淀依次用去离子水和乙醇各洗涤三次后于60 ℃真空干燥过夜，得到Mn_0.3Cd_0.7S纳米棒粉末；