本發明提供一種反式核殼結構光催化劑及其制備和應用，該催化劑的化學式為Mo₂N@CdS，該光催化劑的不同于傳統報道的助催化劑負載半導體光催化劑體系，該光催化劑采用反向生長的核殼棒狀結構，其中核是六方棒氮化鉬助催化劑，殼是硫化鎘納米顆粒光催化劑。采用半導體光催化劑負載助催化劑結構。本發明還公開了所述光催化劑的制備方法及其用于光催化分解水制氫性能的研究。本發明的優點在于該反式核殼結構的光催化劑能夠有效的避免助催化劑的競爭吸光效應以及很大程度的增加了助催化劑和光催化劑的接觸位點，有利于光生電荷的分離和轉移，進而所得反式核殼結構的光催化劑在光催化分解水制氫領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于無機合成領域，具體涉及一種反式核殼結構Mo₂N@CdS光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

1972年Fujishima和Honda發現在光照條件下TiO₂半導體作為光陽極能夠分解水產生氫氣和氧氣，自此之后，利用半導體和潔凈可持續的太陽能分解水制氫引起了研究者們的廣泛關注。在過去的幾十年中，盡管已經報道了數百種的半導體光催化劑，但是大多數的催化劑仍然面臨著光催化效率低下的問題。

利用半導體和太陽能光催化分解水的過程主要包括：(1)半導體吸收光子被激發，產生光生電子和空穴；(2)產生的光生電子和空穴在半導體體相中分離并遷移至催化劑的表面；(3)遷移至催化劑表面的光生電子和空穴參與水的氧化和還原反應產生氧氣和氫氣。因此，整個光催化體系的效率由半導體的吸光效率，光生電荷的分離效率以及半導體表面催化反應的效率共同決定。其中，光生電荷的分離效率在整個光催化體系中起著至關重要的作用。助催化劑的負載通常是一種比較高效的提升光催化分解水效率的策略。一般而言，助催化劑的負載不僅能夠降低反應的勢壘，提供反應活性位點，而且助催化劑還能夠有效的轉移光生電荷，提高光生電荷的分離效率，進而提升整個光催化反應的效率。

盡管貴金屬鉑等助催化劑具有非常好的催化分解水性能，但是基于實際應用成本的考慮，開發一些性能與鉑相媲美的非貴金屬助催化劑在實際應用中具有非常重要的現實意義。近年來，過渡金屬鉬基的一些化合物在電催化析氫反應中展現出了類似貴金屬鉑的性能，可以作為一類良好的助催化劑應用在光催化分解水產氫反應中以替代貴金屬鉑助催化劑。

但是在傳統的光催化體系中，助催化劑通常負載在光催化劑的表面。這種光催化體系雖然已經取得了一定的性能提升，但是仍然有一些缺點。首先顏色比較深的助催化劑負載在光催化劑的表面會優先吸收光子，與半導體光催化劑競爭吸收光能，導致半導體的吸光效率降低，產生的光生電子數目減少。因此，傳統的光催化體系中，為了減少助催化劑的遮光效應，通常助催化劑的用量控制在百分之三以內。但是，當助催化劑的負載量比較少時，往往會導致助催化劑和半導體光催化劑之間的接觸位點比較少，致使大量的光生載流子在半導體的表面復合，光生電荷分離效率比較低。因此，開發新構型的光催化劑體系有效的減小助催化劑的競爭吸光以及提高半導體與助催化劑之間光生電荷分離效率是一種比較可行的提升光催化分解水效率的新型策略。

發明內容

基于以上問題，本發明提出了一種反式結構的Mo₂N@CdS棒狀核殼光催化劑體系，該核殼結構催化劑的核是非貴金屬Mo₂N助催化劑，殼是CdS半導體光催化劑，采用光催化劑負載助催化劑的反式結構，具體涉及到一種反式核殼結構Mo₂N@CdS光催化劑及其制備方法和應用。

本發明目的可通過如下技術方案進行實現：

本發明一方面提供一種光催化劑，所述光催化劑為反式核-殼結構；核為Mo₂N，Mo₂N作為助催化劑；殼為CdS，CdS作為半導體光催化劑；所述殼和核的質量比為0.2:1-10:1。

基于以上技術方案，優選的，所述殼和核的質量比為4:1。