一种Ag2S/Cd0.5Zn0.5S光催化材料及其制备方法和应用

本发明涉及光催化分解水制氢，尤其涉及一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、太阳能驱动的光催化分解水制氢技术，作为一种将清洁可再生的太阳能直接转化为高能量密度化学能（氢能）的理想途径，因其资源储量丰富、反应过程环境友好、能量转化潜力巨大等显著优势，被学术界广泛视为未来清洁能源体系的核心组成部分之一。光催化分解水制氢技术的核心关键在于高性能光催化剂的设计与开发。自1972年fujishima和honda首次发现tio2光电极上水分解现象以来，全球研究者们围绕光催化剂的性能优化展开了大量探索，先后研究了氧化物、硫化物、氮化物等多种类型的半导体材料。其中，金属硫化物因具有适宜的禁带宽度、优异的可见光响应特性以及独特的电子结构，在光催化析氢领域备受关注。尤其cd0.5zn0.5s(czs)固溶体结合了cds优异的可见光吸收能力与zns较高的导带位置（更强的还原能力），在光催化析氢领域展现出广阔的应用前景。然而，单一czs材料仍面临两大瓶颈：其一，光生电子-空穴对极易复合，导致量子效率低下；其二，长期光照下硫离子易被光生空穴氧化，引发光腐蚀现象，稳定性不佳。因此，如何抑制载流子复合、提升材料稳定性是推动czs实际应用的核心科学问题，也是当前光催化领域的研究热点与难点。引入助催化剂是改善上述问题的有效策略之一。

2、ag2s作为一种窄带隙半导体（禁带宽度约1.0ev），具有独特的理化特性，为解决上述问题提供了理想的解决方案。其在可见光至近红外区域具有宽光谱吸收特性，能够充分利用太阳能资源；同时，ag2s具备优异的电子接受能力，可有效捕获光生电子。研究表明，将ag2s与czs复合可形成s型异质结(s-scheme heterojunction)，在光照下ag2s导带上的光生电子迁移至czs价带，与czs价带上的光生空穴复合，而czs价带保留的强氧化性空穴和ag2s导带保留的强还原性电子分别参与氧化和还原反应。这种电荷转移路径不仅有效分离了载流子，还避免了氧化还原能力的损失。然而，根据s型异质结的形成规则，载体的结晶度、缺陷态及能带结构对异质结界面电荷转移效率具有决定性影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料及其制备方法和应用，用于解决上述技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1）、按照化学计量比将锌源、镉源、硫源和乙二胺水溶液混合后得到混合溶液，将所得混合溶液转移至反应釜中加热进行反应，之后自然冷却，将所得产物经离心分离后洗涤，最后干燥，得到cd0.5zn0.5s粉末；

5、步骤2）、将银源和硫源按照ag2s的化学计量比分别溶于溶剂中，将所得两种溶液混合后反应，之后顺次进行洗涤、离心和干燥，得到ag2s纳米颗粒；

6、步骤3）、将cd0.5zn0.5s粉末和ag2s纳米颗粒在溶剂中混合均匀，搅拌后经过水热反应，反应结束后自然冷却，再顺次进行洗涤、干燥，得到ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料；

7、所述ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料中，ag2s和cd0.5zn0.5s的质量比为0.03~0.1:1。

8、进一步的，步骤1）中，所述混合在搅拌条件下进行，搅拌的时间为2~3h；

9、所述加热的温度为150~250℃，加热的时间为20~25h；

10、所述干燥的温度为50~80℃，干燥的时间为10~15h。

11、进一步的，步骤1）中，所述镉源包括乙酸镉、硝酸镉、氯化镉中的一种或多种，所述锌源包括乙酸锌、硝酸锌和氯化锌中的一种或多种，所述硫源包括硫脲、硫代乙酰胺和硫化钠中的一种或多种。

12、进一步的，步骤2）中，所述银源包括硝酸银、醋酸银和银的氨配合物中的一种或多种；所述硫源包括硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲和硫氢化钠中的一种或多种；

13、所述混合在搅拌条件下进行，搅拌的时间为5~20min；

14、所述干燥在避光条件下进行，干燥的时间为10~15h。

15、进一步的，步骤3）中，所述混合在搅拌条件下进行，搅拌的时间为2~3h；

16、所述水热反应的温度为100~150℃，反应的时间为2~5h。

17、进一步的，步骤3）中，所述干燥的温度为50~80℃，干燥的时间为10~15h。

18、本发明提供了一种上述制备方法制备得到的ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料。

19、本发明还提供了一种上述的ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料在光催化析氢中的应用。

20、本发明的有益效果：

21、本发明采用水热法分别在170 ℃和220 ℃条件下制备了不同结构的czs纳米棒，进而将ag2s纳米颗粒负载于其表面，成功构筑了ag2s/czs异质结光催化体系。系统研究了水热温度对czs载体结晶度、分散性及硫空位浓度的调控作用，阐明了温度-缺陷-活性之间的内在关联。结果表明，220 ℃合成的czs具有更高的结晶度和更多的硫空位，是本发明光催化产氢更优的基底材料。该体系在可见光驱动下，以na2s/na2so3为牺牲剂，实现了高效的光催化析氢性能。采用多种表征技术系统研究了材料的晶体结构、表面化学态、微观形貌、光学性质及能带结构。研究重点考察了不同水热温度下ag2s/czs复合催化剂的光催化析氢性能，揭示了s型异质结界面处内建电场驱动光生电子从ag2s导带向czs价带迁移复合的微观机制。该协同机制显著促进了光生载流子的空间分离，大幅提升了光催化析氢性能。

1.一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述混合在搅拌条件下进行，搅拌的时间为2~3h；

3.根据权利要求1或2所述的一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述镉源包括乙酸镉、硝酸镉、氯化镉中的一种或多种，所述锌源包括乙酸锌、硝酸锌和氯化锌中的一种或多种，所述硫源包括硫脲、硫代乙酰胺和硫化钠中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述银源包括硝酸银、醋酸银和银的氨配合物中的一种或多种；所述硫源包括硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲和硫氢化钠中的一种或多种；

5.根据权利要求1或4所述的一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述混合在搅拌条件下进行，搅拌的时间为2~3h；

6.根据权利要求5所述的一种ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述干燥的温度为50~80℃，干燥的时间为10~15h。

7.权利要求1~6中的任意一项所述的制备方法制备得到的ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料。

8.权利要求7所述的ag2s/cd0.5zn0.5s光催化材料在光催化析氢中的应用。