[发明专利]一种L-CNSx/MCS复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化剂和环境材料制备技术领域，具体涉及一种L‑CNSx/MCS复合光催化剂及其制备方法和应用，所述L‑CNSx/MCS复合光催化剂为三维结构，是通过原位生长的方式将不规则纳米颗粒结构的MCS生长在正方体CNSx表面，同时使用L‑半胱氨酸封端。本发明利用L‑CNSx和MCS构建L‑CNSx/MCSS‑Scheme异质结，作为增强和稳定可见光驱动的HER的有效和强大系统。一方面，有效的L‑CNSx/MCS异质结增强了MCS光催化剂的稳定性。另一方面，强大的内部电场大大促进了异质结中氧化还原点的空间分离。伴随着L‑半胱氨酸的加入，不仅仅提供硫源还能起到封端提高稳定性的效果。

技术领域

本发明属于光催化剂和环境材料制备技术领域，具体涉及一种L-CNSx/MCS 复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的广泛使用，造成了环境污染和能源短缺，因此发展清洁和可再生能源成为实现环境可持续性的日益重要的一步。现在，太阳能、风能、水能、生物质和地热等可再生能源已受到广泛关注。但可再生能源普遍具有地域性、不可持续、储存和运输不便等特点。相比之下，氢能因其高效、清洁、易于储存和运输而被认为是最有前途的能源之一。

在各种制氢方法中，光催化裂解水被认为是一种很有前途的技术，可以将太阳能转化为化学能。光催化分解水制氢更清洁、更经济、更节能，它还可以推动能源革命，实现可持续发展，对建设低碳社会具有巨大的推动作用显示出广阔的发展前景。

许多半导体材料被用于光催化制氢，其中金属硫化物因其合适的能带结构而成为近年来的研究热点。Mn-Cd-S固溶体进一步改善了原始单金属硫化物 (CdS、MnS)的光催化析氢性能，很好地改善了导电带的电位位置，增强了氧化还原能力。但在光催化过程中，硫化物离子被氧化为硫或硫酸盐，造成MCS 严重的光腐蚀，限制了其光催化性能，并且其稳定性和活性仍面临巨大挑战。构建硫化物催化剂的异质结是改善MCS空间电荷分离和抑制其光腐蚀的最有效措施之一。众多催化剂中钴基催化剂更便宜、更耐用，特别是CoNiSx(CNSx)的硫八面体空位以面心为中心，被Ni²⁺和Co²⁺占据，而四面体空位全部为空位。这些空的四面体位点为电子跃迁和电解质离子提供3D路径，但单独使用时，存在产氢效率有限和稳定性不佳的缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种L-CNSx/MCS复合光催化剂及其制备方法和应用。在本发明中，首先合成CNSx，然后用溶剂热法在CNSx 表面负载MCS，并使用L-半胱氨酸封端制备出L-CNSx/MCS复合光催化剂；所述L-CNSx/MCS复合光催化剂用于光催化水分解生产氢气。

本发明中首先提供了一种L-CNSx/MCS复合光催化剂，所述L-CNSx/MCS 复合光催化剂为三维结构，所述复合光催化剂是通过原位生长的方式将不规则纳米颗粒结构的MCS生长在正方体CNSx表面，使用L-半胱氨酸封端使复合材料L-CNSx/MCS更具循环稳定性。

本发明还提供了上述L-CNSx/MCS复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将钴盐、镍盐溶于甲醇溶液，再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液，充分搅拌，静置，收集沉淀，洗涤后分散于乙醇溶液，即得CNSx前驱体分散液。

(2)将步骤(1)中CNSx前驱体分散液加入L-半胱氨酸溶液，调节pH至碱性，超声，搅拌，得到L-CNSx前驱体溶液。

(3)将可溶性锰盐、铬盐和硫代乙酰胺溶于去离子水中，再加入步骤(2) 制备的L-CNSx前驱体溶液，混匀后移入反应釜，进行溶剂热反应，得 L-CNSx/MCS复合光催化剂。