本發(fā)明屬于催化劑，具體涉及一種基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、光催化制氫作為一種將太陽能轉化為化學能的清潔能源技術，對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和應對全球能源危機具有重要的研究意義和應用前景。隨著化石燃料的消耗和環(huán)境污染問題日益嚴重，尋找清潔、可再生的能源成為了全球性的迫切需求。氫氣作為一種高能量密度的清潔能源，其在燃料電池和石化行業(yè)中具有廣泛的應用。光催化制氫過程中僅消耗太陽光和水，不產(chǎn)生任何碳排放，是一種環(huán)境友好且可持續(xù)發(fā)展的技術。

2、到目前為止，多種策略來提高光催化劑的性能，包括制造缺陷、局域表面等離子體共振、元素摻雜、異質(zhì)結構建、助催化劑負載等，以提高光催化劑對可見光的吸收、降低光生載流子的復合、加速表面反應。但是由于太陽能到氫能轉化效率仍然較低，目前最高不超過2％，離工業(yè)應用還有一定距離。因此，設計合成高效催化制氫的催化劑對于工業(yè)及人類社會可持續(xù)發(fā)展是十分必要的。

3、硫化鎘(cds)量子點作為一種重要的半導體材料，因其較窄的帶隙寬度、合適的能帶位置和寬范圍的可見光吸收等特點。金單原子催化劑因其獨特的催化性能和高原子利用率，在催化反應領域受到了廣泛關注。通過合理地設計，將金單原子巧妙地負載在硫化鎘量子點表面，可以實現(xiàn)高效的光轉換效率和優(yōu)異的催化活性。目前，硫化鎘量子點負載的金屬單原子被廣泛應用于光催化制氫反應中，如中國專利申請cn117599812a公開了一種合成硫化鎘納米顆粒負載鉑單原子的方法，催化效果較好，但是單原子合成方法和含量上尚存在進一步改進的地方，同時在光催化制氫過程中，光轉換效率和單位時間的制氫效率仍需要進一步提高。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服現(xiàn)有硫化鎘納米顆粒負載金屬單原子催化劑在光催化制氫反應中仍然存在著光轉換效率和單位時間的制氫效率的不高的問題，提供一種基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料及其制備方法和應用，在光催化制氫反應中，顯著提高光轉換和單位時間的制氫效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：

3、本發(fā)明提供了一種基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料，所述材料以含巰基的硫化鎘量子點為載體，金單原子通過化學鍵配位錨定的方式負載于所述硫化鎘量子點表面。

4、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述硫化鎘量子點與金單原子的摩爾比為(80～160)：(0.4～0.7)。

5、本發(fā)明同時提供了一種根據(jù)上述所述的基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料的制備方法，包括以下步驟：

6、s1、將鎘鹽、硫源化合物和巰基化合物溶于水中，混合分散均勻，得待反應溶液a；

7、s2、對步驟s1所得待反應溶液a加熱反應，降溫，取出固體洗滌，溶于水，混合分散均勻，即得到待反應溶液b；

8、s3、將金鹽溶于水中，混合分散均勻，得待反應溶液c；

9、s4、將步驟s3所得待反應溶液c緩慢勻速滴加到步驟s2所得溶液b中，反應結束，即得所述基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述鎘鹽包括氯化鎘，所述硫源化合物包括硫化鈉和/或硫脲，所述巰基化合物包括3-巰基丙酸和/或巰基乙酸，所述金鹽包括氯金酸和/或氯金酸鉀；所述鎘鹽、硫源化合物和巰基化合物的質(zhì)量比為(98～102):(32～38):0.18。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟s2中，所述反應在密閉、惰性氣氛下進行，加熱速率為1.0～2.0℃/min，反應溫度為60～80℃，時間為3.5～4.5h，所述反應前將體系ph調(diào)節(jié)為9～11，降溫速率為0.2～0.5℃/min，所述固體與水的質(zhì)量體積比為(80～120)mg：1ml，步驟s2中的水為無氧超純水。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟s3中，所述金鹽與水的質(zhì)量體積比為(0.8～1.2)mg：1ml；步驟s4中，所述待反應溶液c與s2所得待反應溶液b的體積比為(0.4～1.0):(1.0～5)，所述緩慢勻速滴加是通過蠕動泵實現(xiàn)，滴加速度為0.5～1.5ml/min。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟s4中，所述反應結束后還包括取出固體、干燥的步驟，所述洗滌采用乙醇，所述干燥溫度為60～80℃，時間為6～8h。

14、本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述所述的基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料作為催化劑的應用。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述催化劑催化水分解制氫。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，催化劑催化水分解制氫的反應具體為：以基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料作為催化劑，三異丙醇胺作為犧牲劑，乙腈為溶劑，在常溫，催化劑與水的質(zhì)量比為(1～5)：100，光源為氙燈，功率為200～300w，波長范圍>420nm條件下進行分解制氫。

17、光催化h2o分解制氫反應包括光的吸收和h2o分子的活化兩個部分。其中，硫化鎘(cds)量子點具有較窄的帶隙寬度、合適的能帶位置和寬范圍的可見光吸收，在可見光區(qū)域有著良好的吸收；金單原子具有高度分散的活性位點和優(yōu)異的等離子激元效應；通過化學鍵配位錨定的方式，將金單原子負載在硫化鎘量子點表面，強化金單原子與硫化鎘量子點的相互作用。在可見光的照射下，光生電子通過化學鍵從硫化鎘量子點表面向金單原子轉移，提高金單原子的電荷密度，從而更有利于h2o分子活化。h2o分子活化與光生電子分離、傳遞效率有關，本發(fā)明通過利用金單原子高度分散的活性位點和等離子激元效應構筑硫化鎘量子點負載金單原子材料促進光催化過程中光生電子的分離和轉移，進而促進h2o分子的活化，對于光催化h2o分解制氫反應具有良好的潛在應用前景。本發(fā)明具體實施方式中也有數(shù)據(jù)證明，所述基于硫化鎘量子點負載金單原子材料作為催化劑，催化h2o分解制氫反應時，在保證一定產(chǎn)率的同時還能顯著縮短反應時間，并且，催化劑材料具有良好的穩(wěn)定性，催化循環(huán)性能好，可以保持48小時的穩(wěn)定性能。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、本發(fā)明基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料是在硫化鎘量子點的基礎上，通過表面的巰基與金離子配位錨定，快速簡便合成硫化鎘量子點負載金單原子材料；在光催化、常溫、常壓條件下催化h2o分解制氫反應，在保證一定產(chǎn)率的同時還能顯著縮短反應時間，并且，催化劑材料具有良好的穩(wěn)定性，催化循環(huán)性能好，可以保持48小時的穩(wěn)定性能。

技術特征：

1.一種基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料，其特征在于，所述材料以含巰基的硫化鎘量子點為載體，金單原子通過化學鍵配位錨定的方式負載于所述硫化鎘量子點表面。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料，其特征在于，所述硫化鎘量子點與金單原子的摩爾比為(80～160)：(0.4～0.7)。

3.一種根據(jù)權利要求1或2所述的基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鎘鹽包括氯化鎘，所述硫源化合物包括硫化鈉和/或硫脲，所述巰基化合物包括3-巰基丙酸和/或巰基乙酸，所述金鹽包括氯金酸和/或氯金酸鉀；所述鎘鹽、硫源化合物和巰基化合物的質(zhì)量比為(98～102):(32～38):0.18。

5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述反應在密閉、惰性氣氛下進行，加熱速率為1.0～2.0℃/min，反應溫度為60～80℃，時間為3.5～4.5h，降溫速率為0.2～0.5℃/min，所述固體與水的質(zhì)量體積比為(80～120)mg：1ml，步驟s2中的水為無氧水。

6.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述金鹽與水的質(zhì)量體積比為(0.8～1.2)mg：1ml；步驟s4中，所述待反應溶液c與s2所得待反應溶液b的體積比為(0.4～1.0)∶(1.0～5)，所述緩慢勻速滴加是通過蠕動泵實現(xiàn)，滴加速度為0.5～1.5ml/min。

7.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述反應結束后還包括取出固體、干燥的步驟，所述洗滌采用乙醇，所述干燥溫度為60～80℃，時間為6～8h。

8.一種根據(jù)權利要求1或2所述的基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料作為催化劑的應用。

9.根據(jù)權利要求8所述的應用，其特征在于，所述催化劑催化水分解制氫。

10.根據(jù)權利要求9所述的應用，其特征在于，所述催化劑催化水分解制氫的反應具體為：以基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料作為催化劑，三異丙醇胺作為犧牲劑，乙腈為溶劑，在常溫，催化劑與水的質(zhì)量比為(1～5)：100，光源為氙燈，功率為200～300w，波長范圍>420nm條件下進行分解制氫。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于硫化鎘量子點負載的金單原子材料及其制備方法和應用，屬于催化劑技術領域。所述材料以含巰基的硫化鎘量子點為載體，金單原子通過化學鍵配位錨定的方式負載于所述硫化鎘量子點表面。本發(fā)明通過硫化鎘表面巰基(?SH)的配位錨定作用，快速還原合成金單原子材料；在光輻照、常溫、常壓條件下催化H<subgt;2</subgt;O分解制氫，在保證一定產(chǎn)率的同時還能顯著縮短反應時間，并且，催化劑材料具有良好的穩(wěn)定性，催化循環(huán)性能好，能保持48小時的穩(wěn)定性能。

技術研發(fā)人員：利健文,崔麗京
受保護的技術使用者：廣東食品藥品職業(yè)學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15