【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化剂的制备方法及应用，具体涉及一种三元光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、依靠光催化剂将太阳能转化为清洁的氢能是解决能源危机和环境污染的有效手段。
2、光催化是一个非常复杂的反应，涉及光吸收、载流子分离和表面氧化还原反应。由于光生电子和空穴直接参与氧化还原反应，因此，光生载流子的分离是提高光催化活性的关键。然而，由于半导体中的强库仑力和常规半导体的电荷扩散长度较短，单组分催化剂的光激发电子-空穴对容易在较短时间内重新组合，导致大多数已开发的光催化剂的产氢速率较低，难以在室外阳光下实现产业话的需要。
3、理论上，异质结光催化剂的构建通常可以实现单一光催化剂无法实现的特殊功能。异质结中可以通过诱导内置电场促进载流子的分离和远距离输送，为光生载流子的分离提供动力，比如构建n-n结、p-n结、s方案或肖特基结等催化剂，催化活性比单独的组分都有所提升。
4、然而，目前异质结中单一电场的存在对于载流子的分离效果提升并不明显，因此，合理设计多组的异质结，实现异质结中多电场的构建，对于载流子的分离效果将进一步增强。多电场的顺序排列能够实现电子的定向迁移，然而，如何构建高效级联电场的研究还缺乏相关报道。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的异质结中单一电场的存在对于载流子的分离效果提升并不明显的缺陷，从而提供一种三元光催化剂。
2、本专利技术还提供一种三元光催化剂的制备方法。
3、
4、为此，本专利技术提供了以下技术方案。
5、本专利技术提供一种三元光催化剂，所述催化剂为zif-67@cos/cds的立方体纳米材料，所述zif-67@cos/cds的各组分的序列结构构建了级联电场。
6、本专利技术提供一种三元光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7、s1，制备立方体结构的前驱体zif-67；
8、s2，将zif-67与硫代乙酰胺溶于无水乙醇中，加热搅拌，进行阴离子交换，离心洗涤干燥后得到zif-67@cos材料，所述zif-67与硫代乙酰胺的质量比是1：（1.2~2）；
9、s3，将zif-67@cos与乙酸镉溶于无水乙醇中，进行阳离子交换，离心洗涤干燥后得到zif-67@cos/cds材料，所述zif-67@cos与乙酸镉的质量比为1：（0.1~0.4）。
10、作为优选方案，在步骤s1中，
11、将六水合硝酸钴溶于ctab水溶液中，记为a溶液，将2-甲基咪唑溶于去离子水中，记为b溶液；将a溶液倒入b溶液中搅拌，离心分离，干燥，得到前驱体zif-67，所述六水合硝酸钴与2-甲基咪唑的质量比是1：（10-20）。
12、作为优选方案，所述ctab水溶液的浓度为（0.02~0.05）g/ml，搅拌时间为10-30分钟，干燥温度为60~90℃，干燥时间为6~9小时。
13、作为优选方案，在步骤s2中，采用油浴进行加热，加热温度为60~90℃，搅拌时间为30~50分钟。
14、作为优选方案，在步骤s3中，采用水热法进行阳离子交换，反应条件为100~130℃，时间为6~9小时。
15、本专利技术还提供上述中任一项所述的zif-67@cos/cds的三元光催化剂在光催化水产氢中的应用。
16、作为优选方案，所述光催化剂在光催化水产氢中的产氢速率为45 mmol g-1h-1。
17、本专利技术技术方案，具有如下优点：
18、1.本专利技术提供一种三元光催化剂，本专利技术通过连续的阴离子交换和阳离子交换制备了具有双电场结构的三层顺序异质结zif-67@cos/cds材料，通过调控组成的有序排布和电场方向的一致性，实现了双电场的级联作用，级联电场的存在导致光生载流子长距离的定向载流子迁移，实现了光生电子-空穴对的空间分离。高效的光生电子空穴对分离是实现高效光催化活性的的前提，因此，本专利技术制备的三元催化剂不仅在室内模拟太阳光下能够具有优异的光催化产氢活性，在室外自然光的照射下也可以观察到大量的氢气泡产生，显示出高效的光催化产氢活性，本专利技术的材料为光催化实际应用具有指导作用。
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1.一种三元光催化剂，其特征在于，所述催化剂为ZIF-67@CoS/CdS的立方体纳米材料，所述ZIF-67@CoS/CdS的各组分的序列结构构建了级联电场。
2.权利要求1所述的三元光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种三元光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，
4.根据权利要求3所述的一种三元光催化剂的制备方法，其特征在于，所述CTAB水溶液的浓度为（0.02~0.05）g/mL，搅拌时间为10-30分钟，干燥温度为60~90℃，干燥时间为6~9小时。
5.根据权利要求2所述的一种三元光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，采用油浴进行加热，加热温度为60~90℃，搅拌时间为30~50分钟。
6.根据权利要求2所述的一种三元光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，采用水热法进行阳离子交换，反应条件为100~130℃，时间为6~9小时。
7.权利要求1-6中任一项所述的ZIF-67@CoS/CdS三元光催化剂在光催化水产氢中的应用。
8.
...【技术特征摘要】
1.一种三元光催化剂，其特征在于，所述催化剂为zif-67@cos/cds的立方体纳米材料，所述zif-67@cos/cds的各组分的序列结构构建了级联电场。
2.权利要求1所述的三元光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种三元光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，
4.根据权利要求3所述的一种三元光催化剂的制备方法，其特征在于，所述ctab水溶液的浓度为（0.02~0.05）g/ml，搅拌时间为10-30分钟，干燥温度为60~90℃，干燥时间为6~9小时。
5.根据权利要求2所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：李义磊，刘旭佳，李发堂，武标，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：
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