复合光催化剂及其制备方法技术

复合光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。复合光催化剂包括MoS2纳米片及吸附于MoS2纳米片的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱，Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层。其具备吸光效率高、界面电荷分离效率高、界面电荷复合作用弱、光催化产氢量子产率高等优点。复合光催化剂的制备方法包括将含MoS2纳米片的第一反应液滴加于含Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的第二反应液中超声分散，得复合光催化剂。其可控性好、成本低、适用范围广，制得的光催化剂吸光效率及产氢效率高。

【技术实现步骤摘要】
复合光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及光催化领域，具体而言，涉及一种复合光催化剂及其制备方法。
技术介绍
太阳能光催化产氢，作为“21世纪梦的技术”，被认为是最终解决能源和环境问题的根本办法之一。自1972年，Fujishima和Honda首次报道了利用光催化产氢的现象以来，研究者们围绕光催化剂进行了大量的研究并取得了一系列的突破和进展。光催化剂中常用的半导体有TiO2、C3N4、NiS等，而与该类传统的半导体相比：量子限域的低维纳米晶体(如量子点、量子棒和量子片等量子材料)的光谱和能级可随其尺寸调节，并且由于具有量子限域效应其波函数强烈地扩展到晶体的表面，可以显著地增强纳米晶与相应的电荷受体(如TiO2和催化剂等)界面处的电子耦合相互作用，从而有利于二者之间的界面电荷分离；其次，由于量子限域导致的强烈电荷-电荷库伦相互作用，纳米晶量子材料可以通过吸收一个高能量的光子同时产生两个或两个以上的激子(电子-空穴对)，这样可以对应于200％甚至更高的“光子-电子”转换效率。这一现象使低维量子材料器件成为有希望突破热力学Shockley-Queisser极限的第三代光伏器件，因此量子材料在光催化中的应用前景巨大。然而，现有技术存在以下问题：一是，零维量子点或一维量子棒的光吸收截面有限，催化剂的吸光效率有待提高；二是，之前使用的量子点/棒材料的电子结构未经特殊设计，电子布居无规律，这就导致：一方面电子从量子点/棒转移到助催化剂中的速度受限，难以实现二者界面电荷的高效分离；另一方面，分离态电子向量子点/棒的复合过程无法得到有效控制，分离态电子的寿命受复合过程的影响，难以满足电子在助催化剂中长距离扩散的需求。上述零维量子点和一维量子棒的吸光截面以及量子点/棒与助催化剂中界面电荷过程的缺陷导致该复合催化剂的光催化性能受到限制。有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合光催化剂，其具备吸光效率高、界面电荷分离效率高、界面电荷复合作用弱、光催化产氢量子产率高等优点。本专利技术的另一目的在于提供一种复合光催化剂的制备方法，其可控性好、成本低、适用范围广，制得的光催化剂吸光效率及产氢效率高。本专利技术的实施例是这样实现的：一种复合光催化剂，其包括MoS2纳米片及吸附于MoS2纳米片的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱，Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层。一种复合光催化剂的制备方法，其包括将含MoS2纳米片的第一反应液滴加于含Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的第二反应液中超声分散，得复合光催化剂。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术提供的复合光催化剂，首先，量子限域的二维CdSe/CdTe量子阱与零维量子点和一维量子棒相比，其具有更大的光吸收截面，可以显著提高光催化剂的吸光效率。其次，Ⅱ型电子结构的CdSe/CdTe量子阱中，CdTe壳层的导带和价带分别低于CdSe核层的导带和价带能级：一方面，CdSe/CdTe量子阱的电子离域到CdTe壳层中，这使得CdSe/CdTe量子阱上的电子可以顺畅地转移到MoS2纳米片上，以实现量子阱和MoS2纳米片之间界面电荷的高效分离；另一方面，MoS2纳米片的导带能级位于CdTe量子片壳层的导带能级和价带能级之间，量子阱的空穴限域在CdSe核层内部而CdTe壳层基本无空穴，这可以有效地抑制MoS2纳米片上分离态电子向CdSe/CdTe量子阱上空穴的复合过程，以满足分离态电子在MoS2纳米片中长距离扩散的需求。Ⅱ型电子结构的CdSe/CdTe量子阱带来的高效界面电荷分离和长程电子扩散可以大大改善光催化剂的光催化产氢效率。同时，MoS2纳米片具有较大的比表面积，二维MoS2纳米片边缘处具有很多高活性的质子还原位点，其超低的反应过电势甚至可以与传统的铂催化剂媲美，这些特性使基于Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱和MoS2纳米片的复合光催化剂展现出优异的光催化性能。本专利技术提供的复合光催化剂的制备方法，将含MoS2纳米片的反应液超声分散于含Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的反应液中，其可控性好、成本低、适用范围广。制得的复合光催化剂针对性地增强从量子阱到MoS2纳米片的电子转移，同时削弱从MoS2纳米片到量子阱的电子复合，显著改善复合光催化剂的光催化性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的复合光催化剂的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的复合光催化剂的界面电荷过程能级图；图3为本专利技术实施例1提供的CdSe/CdTe量子阱的TEM图；图4为本专利技术实施例1提供的MoS2纳米片的吸收光谱图；图5为本专利技术实施例1提供的复合光催化剂的界面电荷传输与复合动力学过程光谱图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的复合光催化剂及其制备方法进行具体说明。请参阅图1，本专利技术提供一种复合光催化剂，包括MoS2纳米片及吸附于MoS2纳米片的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱，Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层。量子限域的二维CdSe/CdTe量子阱与零维量子点和一维量子棒相比，其具有更大的光吸收截面，可以显著提高光催化剂的吸光效率。请参阅图2，Ⅱ型电子结构的CdSe/CdTe量子阱带来的高效界面电荷分离和长程电子扩散可以大大改善光催化剂的光催化产氢效率。其中，Ⅱ型电子结构的CdSe/CdTe量子阱中，CdTe壳层的导带能级低于CdSe核层导带能级，CdTe壳层的价带能级低于CdSe核层的价带能级；MoS2纳米片的导带能级位于CdTe量子片壳层的导带能级和价带能级之间：一方面，CdSe/CdTe量子阱的电子离域到CdTe壳层中，这使得CdSe/CdTe量子阱上的电子可以顺畅地转移到MoS2纳米片上，以实现量子阱和MoS2纳米片之间界面电荷的高效分离。另一方面，量子阱的空穴限域在CdSe核层内部而CdTe壳层基本无空穴，这可以有效地抑制MoS2纳米片上分离态电子向CdSe/CdTe量子阱上空穴的复合过程，以满足分离态电子在MoS2纳米片中长距离扩散的需求。复合型光催化剂中另一部分重要材料是助催化剂。过渡金属二硫化物为代表的层状二维材料具有很多新颖的光电性质，如超高电荷迁移率，较高的激子结合能等。经专利技术人研究发现，层状二硫化钼作为具有优良光电性能的二维半导体材料，单原子层厚的MoS2是禁带宽度为1.8eV的二维直接带隙半导体材料，非常适合用来发展新型的纳米电子器件和光电功能器件。同时，由于层状MoS2较大的比表面积，使其具有优异的光催化性能。状MoS2的边缘处具有很多高活性的质子还原位点，其超低的反应过电势甚至可以与传统的铂催化剂媲美。另外与铂相比，MoS2材料来源丰富，价格低廉，具有实现大规模工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合光催化剂，其特征在于，包括MoS2纳米片及吸附于所述MoS2纳米片的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱，所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层。

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化剂，其特征在于，包括MoS2纳米片及吸附于所述MoS2纳米片的Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱，所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱包括CdSe量子片核层和CdTe量子片壳层。2.根据权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述MoS2纳米片为通过超声剥离得到的单层或多层MoS2纳米片。3.根据权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱在所述复合光催化剂中的含量为80-95wt％。4.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于，将含MoS2纳米片的第一反应液滴加于含Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的第二反应液中超声分散，得所述复合光催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一反应液的溶剂选自N-甲基吡咯烷酮或乙腈中的至少一种；和/或，所述第一反应液中所述MoS2纳米片的浓度为10-5-10-3mol/L。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二反应液的溶剂选自氯仿、甲苯、正己烷或庚烷中的至少一种；和/或，所述第二反应液中所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱的浓度为10-4-10-3mol/L。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述MoS2纳米片根据以下方法制得：将MoS2分散于N-甲基吡咯烷酮中超声剥离4-8h，然后将溶液以2000-5000r/min的转速离心10-50min。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱根据以下方法制得：将量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液在加热下与含CdSe量子片核层材料的种子溶液混合，得混合液；加热温度190-220℃的条件下，向所述混合液中滴加量子阱CdTe壳层材料的含碲前驱液进行反应，得到所述Ⅱ型CdSe/CdTe量子阱；可选地，所述量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液与所述种子溶液混合之前，将所述量子阱CdTe壳层材料的含镉前驱液在真空环境下以100-150℃的温度加热1-2h；可选地...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁桂杰，陈美华，汪竞阳，李望南，王松，程晓红，吴凯丰，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42