本技术涉及光催化材料技术,详细描述了一种新型2D/0D结构的CeO2/Zn0.5Cd0.5S复合光催化剂的制备方法及其在光催化领域的应用。该复合光催化剂以其独特的结构设计,展现出优异的光催化性能。
背景技术
近年来,随着工业化和城市化的快速发展,日益严重的能源短缺和环境污染问题引发公众的广泛关注。为了解决这些问题,研究人员开发了一种光催化技术,具有高效、环保和可再生等优点,被认为是解决能源短缺和环境问题的有效途径之一。光催化技术因其优良的半导体光学性能,能够将阳光转化为化学能,被认为是解决人类危机的一种可持续和有吸引力的策略之一。
为了提高太阳能光能利用效率,在光催化领域,迫切渴望设计和合成出高效、稳定的可见光响应的光催化剂。由CdS和ZnS组成的Znx
Cd1-x
S三元固溶体,具有优异的可见光吸收性能和可调的带隙。在Znx
Cd1-x
S家族中,Zn0.5
Cd0.5
S因其合适的带隙、强可见光吸收性能和高导带电位(具有最佳的光催化活性),其在光降解污染物、水分解产生氢气和二氧化碳光还原等方面具有潜在应用价值。
然而,孤立的Zn0.5
Cd0.5
S光催化剂存在较高的光生电子-空穴对复合速率、易团聚和光腐蚀等缺点,极大地限制了其光催化效率和实际应用。为了提高Zn0.5
Cd0.5
S的光催化性能,将0D Zn0.5
Cd0.5
S与其他半导体结合已成为最具吸引力的方法之一。
现有技术中,许多半导体材料(如Cu2
S、WO3
、Sn3
O4
和g-C3
N4
)被用来与Zn0.5
Cd0.5
S复合以提高光催化性能。作为一种典型的n型半导体,二氧化铈(CeO2
)以其价格低廉、化学稳定性高、环境友好等特点在光催化领域引起了广泛的关注。同时,2D CeO2
具有较高的比面积,其被广泛用做制氢和去除水中污染物的光催化剂。但是,单一组分的CeO2
,其光催化效率受到可见光吸收范围较窄(带隙为2.8eV)以及光生成载流子快速重组的严重限制。因此,研究人员设计和构建了一系列的CeO2
基异质结,如Ag2
O/CeO2
、ZnIn2
S4
/CeO2
和CdSe/CeO2
等。与单一组分相比,这些异质结表现出更强的光催化性能。复合材料的形成可以有效的促进光生电荷的分离和转移,从而提高光催化效率。但是,有关CeO2
/Zn0.5
Cd0.5
S复合材料的制备和光催化活性研究的报道极少,缺乏一种系统的制备方法来实现上述光催化性能。
实现思路