本發(fā)明屬于光催化，具體涉及磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷構(gòu)建肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑及其在制氫中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著社會的不斷進(jìn)步以及工業(yè)的快速發(fā)展，人們對于化石燃料過度依賴所帶來的能源危機(jī)和環(huán)境問題正逐漸顯現(xiàn)。因此，尋求清潔、高效、可持續(xù)的綠色以能源替代傳統(tǒng)化石能源，成為科研工作者們共同追逐的目標(biāo)。由于氫氣具有高能量密度、綠色環(huán)保、可再生、資源豐富等優(yōu)點，太陽取之不盡用之不竭，因此將太陽能轉(zhuǎn)化為氫氣是一項很有前景的太陽能轉(zhuǎn)化技術(shù)已成為科學(xué)工作者的共識。受自然界中植物的光合作用的啟發(fā)，人們提出了基于半導(dǎo)體材料的光催化分解水制氫技術(shù)。在過去幾十年的發(fā)展中，數(shù)百種半導(dǎo)體材料被開發(fā)出來，特別是以cds、zns、g-c3n4、tio2、zno、bivo4等為代表的半導(dǎo)體光催化材料在綠色能源領(lǐng)域得到了長足發(fā)展。

2、硫化鎘(cds)因其較窄的帶隙、合適的價帶和導(dǎo)帶位置以及良好的光響應(yīng)能力，是眾多金屬硫化物中理想的半導(dǎo)體光催化劑。cds的禁帶寬度為2.4ev，可以吸收波長小于520nm的太陽光，同時它的導(dǎo)帶和價帶位置也符合水分解所需要的電位，因而能夠滿足光催化裂解水制氫的要求。但純cds依舊存在本征缺陷，比如可見光吸收能力不足、活性位點較少、光生載流子分離度不夠高、反應(yīng)過程中易團(tuán)聚。最重要的是，光生空穴往往在cds表面聚集導(dǎo)致其光腐蝕。為了提高cds的光催化制氫效率，人們采用形貌調(diào)控、元素?fù)诫s、異質(zhì)結(jié)構(gòu)建、助催化劑負(fù)載等手段，提高其可見光吸收能力、促進(jìn)光生電荷有效分離、調(diào)整能帶結(jié)構(gòu)以及調(diào)節(jié)局部電子結(jié)構(gòu)來優(yōu)化其反應(yīng)動力學(xué)，從而提高其光催化分解水制氫的活性。如，li等人采用濕化學(xué)沉淀結(jié)合水熱法成功地將n原子引入到cds的晶格中，從而制備了一種n摻雜的cds光催化劑。n原子的引入有效地抑制了光生載流子的復(fù)合，使其光電流密度提高了兩倍，顯著改善了光生載流子利用率。在模擬日光下，優(yōu)化后的n-cds光催化劑的制氫速率約為3983.4μmol·h-1·g-1，是純cds的9倍(li?w,wang?f,liu?x,et?al.,promotingbodycarriers?migration?of?cds?nanocatalyst?by?n-doping?for?improved?hydrogenproduction?under?simulated?sunlight?irradiation[j].appl.catal.b-environ.,2022,313:121470)。yang等人采用靜電自組裝和水熱相結(jié)合的方法，將cds納米棒錨定在超薄ti3c2納米片上，成功地制備了cds/ti3c2肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑。由于cds/ti3c2肖特基異質(zhì)結(jié)具備緊密的接觸界面、改善的可見光響應(yīng)以及光生電子-空穴的有效分離，優(yōu)化后光催化劑的制氫速率達(dá)到2407μmol·h-1·g-1，是單純cds的7倍(xiao?r,zhao?c,zou?z,etal.,in?situ?fabrication?of?1d?cds?nanorod/2d?ti3c2mxene?nanosheet?schottkyheterojunction?toward?enhanced?photocatalytic?hydrogen?evolution[j].appl.catal.b-environ.,2020,268:118382)。上述研究表明，元素?fù)诫s和異質(zhì)結(jié)構(gòu)建都能夠改善可見光吸收和促進(jìn)光生載流子分離，在一定程度上提高cds的光催化制氫性能。然而，單一的改性手段對cds光催化活性的提升是有限的，導(dǎo)致其光催化制氫效率仍然不理想?？梢灶A(yù)測，采用元素?fù)诫s和異質(zhì)結(jié)構(gòu)建相結(jié)合的策略有望進(jìn)一步提升cds的光催化制氫活性。

3、基于上述分析，本發(fā)明采用簡單的水熱-煅燒策略在磁性鎳離子摻雜硫化鎘納米棒表面原位生長磷化鈷納米顆粒，得到磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑，其能夠高效地進(jìn)行光催化裂解水制氫反應(yīng)，具備潛在的實際應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種制備方法簡單可控、成本低、性能優(yōu)異，具有良好應(yīng)用前景的磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑(ni-cds@cop)。

2、本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、稱取200mg自制的ni-cds加入50ml去離子水中，超聲分散后按co(no3)2·6h2o與ni-cds的質(zhì)量百分比為9.75％～29.25％向其中加入co(no3)2·6h2o，攪拌至其完全溶解后向其中加入1mlnh3·h2o，繼續(xù)攪拌至沉淀完全，離心分離、洗滌、干燥得到沉淀，然后將得到的沉淀與nah2po2·h2o按1:5的質(zhì)量比混合、研磨，并將研磨后的混合物轉(zhuǎn)移至管式爐中，在氬氣氣氛下以3℃/min的速率升溫至280℃～300℃并保溫2h，完成磷化，洗滌、干燥產(chǎn)物，得到磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑(ni-cds@cop)。

技術(shù)特征：

1.磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷構(gòu)建肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑及其在制氫中的應(yīng)用，其特征在于，該光催化劑通過以下方法制得：稱取200mg自制的磁性鎳離子摻雜硫化鎘(ni-cds)加入到50ml去離子水中，超聲分散后向其中加入co(no3)2·6h2o，攪拌至其完全溶解后向其中加入1mlnh3·h2o，繼續(xù)攪拌至沉淀完全，離心分離、洗滌、干燥得到沉淀，然后將得到的沉淀與nah2po2·h2o按1:5的質(zhì)量比混合、研磨，并將研磨后的混合物轉(zhuǎn)移至管式爐中，在氬氣氣氛下磷化，洗滌、干燥產(chǎn)物，得到磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑(ni-cds@cop)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷構(gòu)建肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑及其在制氫中的應(yīng)用，其特征在于，co(no3)2·6h2o與ni-cds的質(zhì)量百分比為9.75％～29.25％，在氬氣氣氛下磷化時升溫速率為3℃/min，磷化溫度為280℃～300℃，保溫時間為2h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷構(gòu)建肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑及其在制氫中的應(yīng)用，其特征在于，富有自旋電子的磁性鎳離子摻雜引起硫化鎘內(nèi)部偶極矩的增大，誘導(dǎo)自旋極化電場的產(chǎn)生，而且鎳離子摻雜會增大ni-cds與cop之間的費米能級差，使內(nèi)建界面電場增強(qiáng)，肖特基勢壘提高，從而提高異質(zhì)結(jié)中光生載流子的分離效率，并調(diào)節(jié)異質(zhì)界面處活性位點的電子構(gòu)型，加快析氫反應(yīng)動力學(xué)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷構(gòu)建肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑及其在制氫中的應(yīng)用，其特征在于，在可見光照射下，鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑光解水制氫速率最高可達(dá)42.14mmol·g-1·h-1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了磁性鎳離子摻雜硫化鎘復(fù)合磷化鈷構(gòu)建肖特基異質(zhì)結(jié)光催化劑及其在制氫中的應(yīng)用，屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用水熱?煅燒策略將磁性鎳離子摻雜到硫化鎘納米棒中，并在磁性鎳離子摻雜硫化鎘納米棒表面原位生長磷化鈷納米顆粒。富有自旋電子的磁性鎳離子摻雜引起硫化鎘內(nèi)部偶極矩的增大，誘導(dǎo)自旋極化電場的產(chǎn)生，并且會增大鎳離子摻雜硫化鎘與磷化鈷之間的費米能級差，使內(nèi)建界面電場增強(qiáng)，肖特基勢壘提高，從而提高異質(zhì)結(jié)中光生載流子的分離效率，并調(diào)節(jié)異質(zhì)界面處活性位點的電子構(gòu)型，加快析氫反應(yīng)動力學(xué)，實現(xiàn)催化劑光解水制氫性能的提高，在可見光下的制氫速率最高可達(dá)42.14mmol·g<supgt;?1</supgt;·h<supgt;?1</supgt;。本發(fā)明公開的催化劑制備工藝流程簡單，操作簡便，可控性強(qiáng)，更具應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：李鎮(zhèn)江,張新磊,吳霏,孟阿蘭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10