一种刺球状Mo2C/CdS光催化剂及其制备方法、光催化方法
阅读说明：本技术 一种刺球状Mo2C/CdS光催化剂及其制备方法、光催化方法 (Thorn-ball-shaped Mo2C/CdS photocatalyst, preparation method thereof and photocatalytic method ) 是由 周爱国 金森 夏启勋 王李波 郭奕彤 胡前库 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于光催化剂制备技术领域,特别涉及一种刺球状Mo-2C/CdS光催化剂及其制备方法、光催化方法。本发明的刺球状Mo-2C/CdS光催化剂为在Mo-2C MXene片层表面生长出纤锌矿型CdS后形成的刺球状异质结构,所述纤锌矿型CdS为纳米棒结构。该刺球结构有较大的比表面积,能够提供更多的活性位点,更有利于光催化制氢。同时,Mo-2C MXene的制备过程有着成本低、易实现等特点,因此使用这种廉价的材料作为共催化剂提高CdS的光催化制氢性能更加满足实际生产的要求。(The invention belongs to the technical field of photocatalyst preparation, and particularly relates to thorn-ball-shaped Mo 2 C/CdS photocatalyst, preparation method thereof and photocatalysis method. The invention relates to thorn-ball-shaped Mo 2 The C/CdS photocatalyst is Mo 2 A spiky-spherical heterostructure formed after wurtzite CdS grows on the surface of the C MXene lamella, wherein the wurtzite isThe CdS type is of a nanorod structure. The acanthosphere structure has larger specific surface area, can provide more active sites and is more beneficial to photocatalytic hydrogen production. At the same time, Mo 2 The preparation process of the C MXene has the characteristics of low cost, easiness in implementation and the like, so that the performance of photocatalytic hydrogen production of CdS improved by using the cheap material as a cocatalyst meets the requirement of actual production.)
技术领域
本发明属于光催化剂制备技术领域，特别涉及一种刺球状Mo2C/CdS光催化剂及其制备方法、光催化方法。
背景技术
氢气作为一种清洁能源在当今社会有着重要的用途。光催化水解制氢是一种成本低、效率高的产氢方法。由于在可见光下借助催化剂的作用即可实现产氢，因此光催化水解制氢近些年被很多科学家研究。CdS作为一种常见的无机化合物，由于其窄带隙及良好的电子传输能力，研究表明它是一种良好的光催化剂。但光生电子和空穴的快速再结合限制了CdS的产氢量。为了提高它的光催化制氢性能，通常将CdS与其他材料结合形成异质结构以提高产气量。常见的复合物为贵金属，但贵金属由于稀少、昂贵限制了它的实际应用。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有独特的刺球状结构，并且具有显著的制氢效果、制备过程简单、制备成本低的Mo2C/CdS光催化剂。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种刺球状Mo2C/CdS光催化剂，所述刺球状Mo2C/CdS光催化剂为在Mo2C MXene片层表面生长出纤锌矿型CdS后形成的刺球状异质结构，所述纤锌矿型CdS为纳米棒结构。
优选地，所述纳米棒的长度为200～300nm，直径为40～50nm。
上述刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前驱体溶液的配制
将水溶性镉盐与硫脲溶于蒸馏水中，得到前驱体溶液；
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
以步骤(1)中所述前驱体溶液中的镉元素、硫元素生成的CdS的质量为理论CdS质量，以所述理论CdS质量为基准，以质量百分比计，按掺杂比0.1～7％将Mo2C MXene粉末与所述前驱体溶液混合均匀，得均匀分散液；
(3)乙二胺的添加
将乙二胺与步骤(2)所得的均匀分散液混合均匀，得预分解溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)所得的预分解溶液转移至反应釜内进行水热反应，反应结束后，对产物进行后处理，得到Mo2C/CdS光催化剂。
优选地，步骤(1)中，所述水溶性镉盐中的镉元素与硫脲中的硫元素的摩尔比为1：(3～4)。
优选地，所述水溶性镉盐为硝酸镉或四水合硝酸镉。
优选地，所述四水合硝酸镉与硫脲均为分析纯级别。
优选地，步骤(2)中，所述掺杂比为1.0～2.5％。
优选地，步骤(2)中，所述混合均匀采用超声处理。
再优选地，步骤(2)中，所述混合过程中采用超声处理的时间为1～5h。
优选地，步骤(3)中乙二胺的添加量与步骤(1)中蒸馏水的体积比为1：(2～4)。
优选地，步骤(4)中，所述水热反应的温度为180～200℃。
优选地，所述水热反应的时间为24～36h。
优选地，所述后处理为：依次使用蒸馏水、无水乙醇对产物进行离心清洗，然后干燥。
优选地，所述后处理过程中依次使用蒸馏水、无水乙醇对产物进行离心清洗至清洗液的pH为中性。
优选地，所述后处理过程中依次使用蒸馏水、无水乙醇对产物进行离心清洗，然后干燥，所述干燥为真空干燥，干燥时间为8～12h。
采用上述刺球状Mo2C/CdS光催化剂的光催化方法，包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
将乳酸与蒸馏水混合均匀，得牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将所述刺球状Mo2C/CdS光催化剂均匀分散在所述牺牲剂溶液中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将所述预分解溶液置于反应器中，在真空、光照条件下进行光催化反应。
优选地，步骤(i)中，乳酸与蒸馏水的体积比为1：(3～4.5)。
优选地，所述乳酸为分析纯级别。
优选地，步骤(iii)中，所述光照条件为使用加有滤光片的300W氙灯持续照射，所述滤光片能够过滤得到λ≥420nm的波段对应的光；
优选地，在持续光照的同时对所述反应器进行冷却处理，以避免反应液过热。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
(1)通过理论计算，Mo2C MXene与CdS结合后显示出较低的吉布斯结合能，有利于光催化制氢，这为本发明的复合光催化剂的制备提供了理论基础。同时，Mo2C MXene的制备过程有着成本低、易实现等特点，因此使用这种廉价的材料作为共催化剂提高CdS的光催化制氢性能更加满足实际生产生活的要求。
(2)本发明用水溶性镉盐和硫脲(CH4N2S)作为前躯体，直接在Mo2C MXene粉末上生长出纤锌矿型CdS，在乙二胺的碱性环境下形成独特的刺球结构。该刺球结构有较大的比表面积，能够提供更多的活性位点，更有利于光催化制氢。
(3)本发明制备方法使用的设备简单，原料成本较低，制备难度较低，易于掌控，便于推广和大规模生产。
(4)本发明采用Mo2C MXene作为光催化剂，相比常见的贵金属可以显著降低原材料成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例1制备的Mo2C/CdS光催化剂的XRD图；
图2为本发明实施例1制备的Mo2C/CdS光催化剂的场发射扫描电镜图；
图3为本发明实施例1制备的Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图；
图4为本发明实施例2制备的Mo2C/CdS光催化剂的XRD图；
图5为本发明实施例2制备的Mo2C/CdS光催化剂的场发射扫描电镜图；
图6为本发明实施例2制备的Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图；
图7为本发明实施例3制备的Mo2C/CdS光催化剂的XRD图；
图8为本发明实施例3制备的Mo2C/CdS光催化剂的场发射扫描电镜图。
图9为本发明实施例3制备的Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图；
图10为本发明实施例4制备的Mo2C/CdS光催化剂的XRD图；
图11为本发明实施例4制备的Mo2C/CdS光催化剂的场发射扫描电镜图。
图12为本发明实施例4制备的Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图；
图13为本发明实施例5制备的Mo2C/CdS光催化剂的XRD图；
图14为本发明实施例5制备的Mo2C/CdS光催化剂的场发射扫描电镜图。
图15为本发明实施例5制备的Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图；
图16为本发明实施例6制备的Mo2C/CdS光催化剂的XRD图；
图17为本发明实施例6制备的Mo2C/CdS光催化剂的场发射扫描电镜图。
图18为本发明实施例6制备的Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图；
图19为本发明实施例7制备的Mo2C/CdS光催化剂的低倍场发射扫描电镜图；
图20为本发明实施例7制备的Mo2C/CdS光催化剂的高倍场发射扫描电镜图；
图21为本发明实施例7制备的Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图；
图22为本发明实施例1制备的Mo2C/CdS光催化剂经过超声处理后剥离下来的CdS颗粒的透射电镜图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
MXene是一系列二维碳化物、氮化物或者碳氮化物的总称，它是通过刻蚀溶液选择性移除三元层状化合物MAX相中的A元素得到的。这种类似石墨烯结构的二元化合物，由于独特的二维结构，具有较大的比表面积，在制备过程中可以负载上大量的官能团以获得较多的活性位点，使得MXene在电化学储能、吸附、催化等领域有广泛的应用。
本发明的刺球状Mo2C/CdS光催化剂以水溶性镉盐作为镉源，以硫脲为硫源，在镉源、硫源作为前驱体并在碱性有机溶剂乙二胺的环境下，以Mo2C MXene为成核载体制备Mo2C/CdS光催化剂。
本发明的刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备，具体包括以下步骤：
(1)前驱体溶液的配制
将水溶性镉盐(例如四水合硝酸镉、硝酸镉)与硫脲按摩尔比1：(3～4)(例如1：3、1：3.2、1：3.4、1：3.6、1：3.8、1：4)溶于蒸馏水中，得到前驱体溶液，前驱体溶液中硫和镉的比例决定了生成的CdS的形貌，过量的硫可以生成明显的各向异性的CdS，形成刺球状结构；
以四水合硝酸镉(Cd(NO3)2·4H2O)作为镉源时，所需要的Cd(NO3)2·4H2O和CH4N2S质量比为1.53：1.14，Cd(NO3)2·4H2O与硫脲的纯度级别均为分析纯，即有效成分含量在99％以上。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
以步骤(1)中的前驱体溶液中的镉元素、硫元素生成的CdS的质量为理论CdS质量，以所述理论CdS质量为基准，以质量百分比计，按掺杂比0.1～7％(例如0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％)将Mo2C MXene粉末与步骤(1)所得的前驱体溶液混合均匀，得均匀分散液；
可以理解的是，为了得到上述均匀分散液，可以采用搅拌、超声等处理，使用超声处理时，处理时间为1h。
(3)乙二胺的添加
将乙二胺与步骤(2)所得的均匀分散液混合均匀，得预分解溶液；
上述乙二胺的体积与步骤(1)中蒸馏水的体积比为1：(2～4)(例如1：2、1：2.5、1：3、1：3.5、1：4)；
可以理解的是，为使乙二胺与均匀分散液混合均匀，可以采用震荡、搅拌等处理，一般的，可以选择采用磁力搅拌30min，即可满足需要。
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)所得的预分解溶液转移至反应釜内进行水热反应，反应结束后，对产物进行后处理，得到Mo2C/CdS光催化剂；
上述反应釜可以选用一般的具有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜，能耐受高压环境，反应温度为180～200℃(例如180℃、185℃、190℃、195℃、200℃)，反应时间为24～36h(例如24h、26h、28h、30h、32h、34h、36h)，反应结束后得到橘黄色粉末，对橘黄色粉末依次经过数次蒸馏水、无水乙醇离心清洗至上清液pH≈7，然后真空干燥8～12h(例如8h、9h、10h、11h、12h)，得到本发明的Mo2C/CdS光催化剂。
本发明的Mo2C/CdS光催化剂为在Mo2C MXene片层表面生长出纤锌矿型CdS后形成的刺球状异质结构，纤锌矿型CdS为纳米棒结构，纳米棒的长度为200～300nm(例如200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、300nm)，直径为40～50nm(例如40nm、42nm、44nm、46nm、48nm、50nm)。
采用上述Mo2C/CdS光催化剂分解水产氢的光催化方法，包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
上述乳酸为分析纯级别，即有效成分含量在85％以上。
(ii)光催化剂的添加
将一定质量(例如20mg、50mg、100mg、1g)的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂溶液中，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液。
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
以下结合具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前躯体溶液的配制
将1.53g Cd(NO3)2·4H2O(即0.005mol)溶解于40mL蒸馏水，然后加入1.14g CH4N2S(即0.015mol)，磁力搅拌至清澈溶液，形成前躯体溶液。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
按掺杂比2.5％(即Mo2C MXene与CdS的质量比)，将17.5mg的Mo2C MXene粉末加入步骤(1)的前驱体溶液中，超声处理1h，使得粉末分散在前躯体溶液中，得到均匀分散液。
(3)乙二胺的添加
将10mL乙二胺加入步骤(2)所得的均匀分散液中，并磁力搅拌30min使得乙二胺与步骤(2)的混合溶液混合均匀，得预反应溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)的预反应溶液倒入100mL聚四氟乙烯内衬中，然后置于高压反应釜内180℃保温24h，得到橘黄色粉末，将合成的橘黄色粉末经过蒸馏水、无水乙醇离心清洗后至pH≈7，真空干燥12h，得到Mo2C/CdS光催化剂。
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂在可见光下分解水产生氢气的具体过程包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将20mg的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂溶液中，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
上述光催化分解水制氢过程中，对于反应器无特殊要求，只要是能与传输气体管路形成真空环境，并且反应器上方有光源进入的反应器即可。如图1所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的XRD图，由图可知，其物相组成主要是CdS，在8.4°出现的较弱的峰为Mo2C MXene，没有其他杂质生成。
如图2所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的场发射扫描电镜图，从图中可知制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体结构呈现刺球状结构。
如图3所示为本实施例中Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图，由图可知，产氢量随着光照时间呈现较好的线性增长趋势。
实施例2
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前躯体溶液的配制
将1.53g Cd(NO3)2·4H2O(即0.005mol)溶解于40mL蒸馏水，然后加入1.14g CH4N2S(即0.015mol)，磁力搅拌至清澈溶液，形成前躯体溶液。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
按掺杂比5％(即Mo2C MXene与CdS的质量比)，将35mg的Mo2C MXene粉末加入步骤(1)的前驱体溶液中，超声处理1h，使得粉末分散在前躯体溶液中，得到均匀分散液。
(3)乙二胺的添加
将10mL乙二胺加入步骤(2)所得的均匀分散液中，并磁力搅拌30min使得乙二胺与步骤(2)的混合溶液混合均匀，得预反应溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)的预反应溶液倒入100mL聚四氟乙烯内衬中，然后置于高压反应釜内180℃保温24h，得到橘黄色粉末，将合成的橘黄色粉末经过蒸馏水、无水乙醇离心清洗后至pH≈7，真空干燥12h，得到Mo2C/CdS光催化剂。
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂在可见光下分解水产生氢气的具体过程包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将20mg的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
如图4所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的XRD图，由图可知，其物相组成主要是CdS，由于Mo2C MXene的添加量增多，在8.4°出现的Mo2C MXene峰强度也变大，没有其他杂质生成。
如图5所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的场发射扫描电镜图，从图中可知制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体结构呈现刺球状结构。
如图6所示为本实施例中Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图，由图可知，产氢量随着光照时间呈现较好的线性增长趋势。
如图7所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体经过超声处理后剥离下来的CdS纳米颗粒的透射电镜图，由图可知，本实施例制备的Mo2C/CdS光催化剂中的CdS具有长度为200～300nm，直径为40～50nm的纳米棒结构。
实施例3
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前躯体溶液的配制
将1.53g Cd(NO3)2·4H2O(即0.005mol)溶解于40mL蒸馏水，然后加入1.14g CH4N2S(即0.015mol)，磁力搅拌至清澈溶液，形成前躯体溶液。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
按掺杂比0.1％(即Mo2C MXene与CdS的质量比)，将0.7mg的Mo2C MXene粉末加入步骤(1)的前驱体溶液中，超声处理1h，使得粉末分散在前躯体溶液中，得到均匀分散液。
(3)乙二胺的添加
将10mL乙二胺加入步骤(2)所得的均匀分散液中，并磁力搅拌30min使得乙二胺与步骤(2)的混合溶液混合均匀，得预反应溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)的预反应溶液倒入100mL聚四氟乙烯内衬中，然后置于高压反应釜内190℃保温26h，得到橘黄色粉末，将合成的橘黄色粉末经过蒸馏水、无水乙醇离心清洗后至pH≈7，真空干燥8h，得到Mo2C/CdS光催化剂。
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂在可见光下分解水产生氢气的具体过程包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将20mg的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
如图7所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的XRD图，由图可知，其物相组成主要是CdS，由于Mo2C MXene的添加量较少，在8.4°左右未出现明显的Mo2C MXene峰，没有其他杂质生成。
如图8所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的场发射扫描电镜图，从图中可知制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体结构呈现刺球状结构。
如图9所示为本实施例中Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图，由图可知，产氢量随着光照时间呈现较好的线性增长趋势。
实施例4
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前躯体溶液的配制
将1.53g Cd(NO3)2·4H2O(即0.005mol)溶解于40mL蒸馏水，然后加入1.14g CH4N2S(即0.015mol)，磁力搅拌至清澈溶液，形成前躯体溶液。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
按掺杂比1％(即Mo2C MXene与CdS的质量比)，将7mg的Mo2C MXene粉末加入步骤(1)的前驱体溶液中，超声处理1h，使得粉末分散在前躯体溶液中，得到均匀分散液。
(3)乙二胺的添加
将10mL乙二胺加入步骤(2)所得的均匀分散液中，并磁力搅拌30min使得乙二胺与步骤(2)的混合溶液混合均匀，得预反应溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)的预反应溶液倒入100mL聚四氟乙烯内衬中，然后置于高压反应釜内180℃保温24h，得到橘黄色粉末，将合成的橘黄色粉末经过蒸馏水、无水乙醇离心清洗后至pH≈7，真空干燥10h，得到Mo2C/CdS光催化剂。
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂在可见光下分解水产生氢气的具体过程包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将20mg的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
如图10所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的XRD图，由图可知，其物相组成主要是CdS，由于Mo2C MXene的添加量较少，在8.4°左右未出现明显的Mo2C MXene峰，没有其他杂质生成。
如图11所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的场发射扫描电镜图，从图中可知制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体结构呈现刺球状结构。
如图12所示为本实施例中Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图，由图可知，产氢量随着光照时间呈现较好的线性增长趋势。
实施例5
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前躯体溶液的配制
将1.53g Cd(NO3)2·4H2O(即0.005mol)溶解于40mL蒸馏水，然后加入1.14g CH4N2S(即0.015mol)，磁力搅拌至清澈溶液，形成前躯体溶液。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
按掺杂比1.5％(即Mo2C MXene与CdS的质量比)，将10.5mg的Mo2C MXene粉末加入步骤(1)的前驱体溶液中，超声处理1h，使得粉末分散在前躯体溶液中，得到均匀分散液。
(3)乙二胺的添加
将10mL乙二胺加入步骤(2)所得的均匀分散液中，并磁力搅拌30min使得乙二胺与步骤(2)的混合溶液混合均匀，得预反应溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)的预反应溶液倒入100mL聚四氟乙烯内衬中，然后置于高压反应釜内180℃保温36h，得到橘黄色粉末，将合成的橘黄色粉末经过蒸馏水、无水乙醇离心清洗后至pH≈7，真空干燥12h，得到Mo2C/CdS光催化剂。
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂在可见光下分解水产生氢气的具体过程包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将20mg的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
如图13所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的XRD图，由图可知，其物相组成主要是CdS，由于Mo2C MXene的添加量较少，在8.4°左右未出现明显的Mo2C MXene峰，没有其他杂质生成。
如图14所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的场发射扫描电镜图，从图中可知制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体结构呈现刺球状结构。
如图15所示为本实施例中Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图，由图可知，产氢量随着光照时间呈现较好的线性增长趋势。
实施例6
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前躯体溶液的配制
将1.53g Cd(NO3)2·4H2O(即0.005mol)溶解于40mL蒸馏水，然后加入1.14g CH4N2S(即0.015mol)，磁力搅拌至清澈溶液，形成前躯体溶液。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
按掺杂比7％(即Mo2C MXene与CdS的质量比)，将49mg的Mo2C MXene粉末加入步骤(1)的前驱体溶液中，超声处理1h，使得粉末分散在前躯体溶液中，得到均匀分散液。
(3)乙二胺的添加
将10mL乙二胺加入步骤(2)所得的均匀分散液中，并磁力搅拌30min使得乙二胺与步骤(2)的混合溶液混合均匀，得预反应溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)的预反应溶液倒入100mL聚四氟乙烯内衬中，然后置于高压反应釜内180℃保温24h，得到橘黄色粉末，将合成的橘黄色粉末经过蒸馏水、无水乙醇离心清洗后至pH≈7，真空干燥11h，得到Mo2C/CdS光催化剂。
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂在可见光下分解水产生氢气的具体过程包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将20mg的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
如图16所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的XRD图，由图可知，其物相组成主要是CdS，由于Mo2C MXene的添加量增多，在8.4°出现的Mo2C MXene峰强度也变大，没有其他杂质生成。
如图17所示为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的场发射扫描电镜图，从图中可知制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体结构呈现刺球状结构。
如图18所示为本实施例中Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图，由图可知，产氢量随着光照时间呈现较好的线性增长趋势。
实施例7
本实施例的Mo2C/CdS光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)前躯体溶液的配制
将1.53g Cd(NO3)2·4H2O(即0.005mol)溶解于40mL蒸馏水，然后加入1.14g CH4N2S(即0.015mol)，磁力搅拌至清澈溶液，形成前躯体溶液。
(2)助催化剂Mo2C MXene的添加
按掺杂比2.5％(即Mo2C MXene与CdS的质量比)，将17.5mg的Mo2C MXene粉末加入步骤(1)的前驱体溶液中，超声处理1h，使得粉末分散在前躯体溶液中，得到均匀分散液。
(3)乙二胺的添加
将20mL乙二胺加入步骤(2)所得的均匀分散液中，并磁力搅拌30min使得乙二胺与步骤(2)的混合溶液混合均匀，得预反应溶液；
(4)水热反应生成Mo2C/CdS光催化剂
将步骤(3)的预反应溶液倒入100mL聚四氟乙烯内衬中，然后置于高压反应釜内200℃保温24h，得到橘黄色粉末，将合成的橘黄色粉末经过蒸馏水、无水乙醇离心清洗后至pH≈7，真空干燥12h，得到Mo2C/CdS光催化剂。
本实施例的刺球状Mo2C/CdS光催化剂在可见光下分解水产生氢气的具体过程包括以下步骤：
(i)牺牲剂溶液的配制
取10mL乳酸与40mL蒸馏水混合并搅拌，形成均匀的乳酸水溶液，作为光催化制氢过程中的牺牲剂溶液；
(ii)光催化剂的添加
将20mg的Mo2C/CdS光催化剂粉末加入步骤(i)中的牺牲剂溶液中，超声处理一段时间使得光催化剂粉末均匀分散在牺牲剂中，得预分解溶液；
(iii)光催化分解水制氢
将步骤(ii)中的预分解溶液置于反应器中，在真空环境下使用加有滤光片(λ≥420nm)的300W氙灯持续照射，并同时对反应器进行冷却处理，以防止氙灯长时间照射使得反应液过热。产生的氢气进入气相色谱仪用于分析产生的氢气量。
如图19和图20所示分别为本实施例中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体的低倍和高倍场发射扫描电镜图，从图中可知增加乙二胺的含量制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体会出现长度为1μm～2μm，直径为大约100nm的CdS纳米棒结构。
如图21所示为本实施例中Mo2C/CdS光催化剂光催化分解水制氢的产氢量曲线图，由图可知，产氢量在光照前期较弱，随着光照时间延长而逐渐趋于线性增长。
实施例7与实施例1的区别在于：提高了乙二胺的添加量，制备的Mo2C/CdS光催化剂粉体的形貌出现了长度为1～2μm，直径为大约100nm的CdS纳米棒结构，从析氢数据来看这种结构影响了析氢性能。
如图22所示为本发明实施例1中制得的Mo2C/CdS光催化剂粉体经过超声处理后剥离下来的CdS纳米颗粒的透射电镜图，由图可知，本实施例制备的Mo2C/CdS光催化剂中的CdS具有长度为200～300nm，直径为40～50nm的纳米棒结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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