【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化析氢技，具体涉及一种硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、光催化是一种将太阳光的能量转化为化学能的反应过程。太阳光是一种绿色可持续能源，其转化与利用是非常具有前景的。目前，光催化主要的反应类型有：析氢、二氧化碳还原、合成氨以及降解污染物等。硫化镉是一种无机半导体材料，它具有合适的可见光光响应范围(禁带宽度2.4ev)，从而在光催化领域具有广泛的应用。然而，在光催化过程中，低的光生电子利用率降低了催化活性。同时，当光生载流子无法及时被消耗时，会加剧光腐蚀效应，从而使得催化剂失活。
2、目前，针对该现象，研究人员通过复合的方式合成出了多种助催化剂，比如：贵金属纳米颗粒、过渡金属磷化物纳米颗粒等。铂活性位点用来析氢反应，具有低活化能以及脱附能等优点，使得其是一种良好的析氢活性位点。然而，铂原子利用率的高低对催化剂的成本有着很大的影响。高的铂原子利用率可以有效利用体系中的铂原子，从而使得更少的铂原子展现出更高的析氢活性。但是，普通的铂纳米颗粒的尺寸往往在5nm以上。根据计算，当颗粒尺寸为2nm时，原子的利用率却不到20％。目前，普遍的铂助催化的负载是通过光沉积的方式将铂纳米颗粒负载到催化剂体系中，一方面，该方法得到的为铂纳米颗粒，颗粒尺寸普遍为5nm左右。另一方面，该方法制备的催化剂，硫化镉与铂颗粒之间弱的相互作用力，降低了光生载流子的传递效率，从而降低了光的利用率。与此同时，低的原子利用率导致催化剂成本提高，反应活性降低。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂及其制备方法和应用，能够解决现有技术铂原子利用率低导致催化剂成本高、反应活性降低的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术公开了一种硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，该复合催化剂以硫化镉颗粒作为基底，在基底表面原位生长铂原子活性位点，通过化学键在硫化镉表面负载铂单原子。
4、优选地，所述铂单原子在硫化镉表面均匀分布。
5、优选地，所述硫化镉颗粒为球状颗粒，尺寸为20-50nm。
6、优选地，所述硫化镉颗粒的比表面积为30-60m2/g。
7、进一步优选地，所述硫化镉颗粒的比表面积为55m2/g。
8、本专利技术还公开了上述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂的制备方法，包括：将硫化镉作为镉源，放入含有tcpp(pt)的合成前驱液中，原位生长制备出cds-tcpp(pt)，即硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂。
9、优选地，硫化镉与tcpp(pt)投入的质量比为20-40:4。
10、进一步优选地，硫化镉与tcpp(pt)投入的质量比为20:4。
11、优选地，将硫化镉与tcpp(pt)在n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中以100w的功率超声处理30分钟使物料充分混合。
12、优选地，原位生长是在65-90℃下溶剂热反应12-24h。
13、进一步优选地，原位生长是在85℃下溶剂热反应24h。
14、优选地，一种硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
15、步骤1，将硝酸镉和硫化钠放入水中，150-180℃反应6-12小时，用水和乙醇充分洗涤后，50-60℃真空干燥过夜，制得硫化镉；
16、步骤2，将硫化镉、tcpp(pt)和吡嗪在n,n-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中超声30处理分钟后，在65-90℃下溶剂热反应12-24小时，离心后得到产物；其中，硫化镉、tcpp(pt)、吡嗪、n,n-二甲基甲酰胺和乙醇的用量比为(20-40)mg：4mg：0.8mg：12ml：3ml；
17、步骤3，将步骤2所得产物干燥，制得硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂。
18、进一步优选地，上述制备方法包括以下步骤：
19、步骤1，将硝酸镉和硫化钠放入水中，180℃反应12小时，用水和乙醇充分洗涤后，60℃真空干燥过夜，制得硫化镉；
20、步骤2，将硫化镉、tcpp(pt)和吡嗪在n,n-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中超声30处理分钟后，在85℃下溶剂热反应24小时，离心后得到产物；其中，硫化镉、tcpp(pt)、吡嗪、n,n-二甲基甲酰胺和乙醇的用量比为20mg：4mg：0.8mg：12ml：3ml；
21、步骤3，将步骤2所得产物干燥，制得硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂。
22、本专利技术还公开了上述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂在光催化析氢中的应用。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
24、本专利技术公开的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，采用化学键的方式，在硫化镉表面负载铂单原子的活性位点。提高了光活性物质与单原子活性位点之间的相互作用，有利于光生电子从硫化镉迁移到活性位点上。同时，单原子分散的铂单原子活性位点，大大提高了活性位点的利用率。同时，较低的反应能垒，使得铂是一种良好的产氢活性位点。因此，本专利技术通过光活性物质与光催化活性位点之间结合，使得二者之间发生了协同作用，从而大大提高了催化效率。在该体系中，单原子分散的铂具有100％的铂原子利用率，而且单原子铂所具有的表面张力，使得该复合催化剂具有高析氢活性。
25、进一步的，铂单原子在硫化镉表面均匀分布，均匀分散的单原子位点可以使得硫化镉与配体之间充分接触，从而提高了光生电子转移效率。在光催化中，光生电子需要及时地转移到活性位点上，否则会导致光生电子空穴对的再复合，使得光生电子失活，降低了催化效率与光能利用率。
26、进一步的，通过化学键连接的活性物质与单原子位点，具有强的相互作用力，有利于该催化剂回收再利用。
27、本专利技术公开的上述复合催化剂的制备方法，选用的出硫化镉是一种廉价且易制备的半导体，在其表面上负载单原子铂的制备过程操作简单，易于工业化规模生产。同时，在实验室条件以及太阳光条件下，展现了高的光催化析氢活性，为其在工业化应用提供了一种思路。
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1.一种硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，该复合催化剂以硫化镉颗粒作为基底，在基底表面原位生长铂原子活性位点，通过化学键在硫化镉表面负载铂单原子。
2.根据权利要求1所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，所述铂单原子在硫化镉表面均匀分布。
3.根据权利要求1所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，所述硫化镉颗粒为球状颗粒，尺寸为20-50nm。
4.根据权利要求1所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，所述硫化镉颗粒的比表面积为30-60m2/g。
5.权利要求1～4中任意一项所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将硫化镉作为镉源，放入含有TCPP(Pt)的合成前驱液中，原位生长制备出CdS-TCPP(Pt)，即硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，硫化镉与TCPP(Pt)投入的质量比为20-40:4。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将硫化镉与TCPP(Pt)
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，原位生长是在65-90℃下溶剂热反应12-24h。
9.一种硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求1～4中任意一项所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂在光催化析氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，该复合催化剂以硫化镉颗粒作为基底，在基底表面原位生长铂原子活性位点，通过化学键在硫化镉表面负载铂单原子。
2.根据权利要求1所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，所述铂单原子在硫化镉表面均匀分布。
3.根据权利要求1所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，所述硫化镉颗粒为球状颗粒，尺寸为20-50nm。
4.根据权利要求1所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂，其特征在于，所述硫化镉颗粒的比表面积为30-60m2/g。
5.权利要求1～4中任意一项所述的硫化镉表面负载铂单原子的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将硫化镉作为镉源，放入含有tcpp(p...
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