2D-2D CdS/Cu7S4層狀異質結高效可見光光催化產氫

摘要：利用太陽能將水轉化為清潔可持續的化學燃料是一種很有前途的策略.光催化水分解制氫技術是有效解決能源可持續發展和環境保護問題的重要技術.CdS由于具有較窄的帶隙(2.4 eV)和合適的能帶位置而被認為是最有潛力的光催化水產氫催化劑之一.然而,CdS強光的腐蝕性和快速的電子空穴復合導致光催化劑活性低、穩定性差,嚴重阻礙了CdS光催化劑的廣泛應用.為了有效提高光催化產氫活性及穩定性,人們對CdS光催化劑進行了大量改性研究.其中,合理巧妙地加載助催化劑和構造納米結構CdS被認為是兩種極為重要的改性策略,兩種策略的有效耦合可以更有效地利用太陽能,實現清潔氫燃料的生成.一方面,各種形貌的CdS光催化劑均已被開發,例如納米線、納米棒、納米片和量子點等.然而,由于制備工藝復雜,在以往的報道中很少有超薄2D CdS納米片用于光催化產氫.另一方面,由于貴金屬(Ag,Pt,Au)的稀缺性和高成本阻礙了其修飾光催化劑的實際應用,所以利用非貴金屬助催化劑(MoSx,CuS,Ni3C,WS2,NiS,MXene,CoxP和MoP)修飾CdS提高光催化產氫活性近年來備受關注.對于地球豐富的2D層狀助催化劑Cu7S4而言,具有優異的光電催化產氫活性和簡單制備方法,但是在光催化產氫領域的應用上未引起足夠重視.因此,本文充分利用超薄CdS納米片以及Cu7S4納米片各自的獨特優勢,構建了獨特的2D-2D層狀異質結,實現了高效協同光催化產氫.我們首先以乙酸鎘和硫脲為原料通過一步水熱法合成了超薄2D CdS納米片,并用靜電自組裝方法制備了CdS/Cu7S4.在可見光下進行了產氫測試,實驗結果證實了優化的2D CdS/2%Cu7S4層狀異質結在含有Na2S·9H2O和Na2SO3的水溶液中光催化析氫活性最高(27.8 mmol g^-1 h^-1),是原始CdS納米片(2.6 mmol g^-1 h^-1)的10.69倍.經過4次連續循環反應,CdS/Cu7S4二元復合體系展現出良好的穩定性.為深入探?