新能源与高效节能

本发明公开了一种可见光响应的硫掺杂碲化铋纳米线光催化材料及其制备方法，是首先利用水热合成方式制备Te纳米线前驱体，然后将Te纳米线前驱体与Bi源混合水热制备Bi4Te3纳米线，最后将Bi4Te3纳米线与硫脲混合并恒温水浴磁力搅拌，即获得目标产物S掺杂Bi4Te3纳米线。本发明的制备方法简单成熟、成本低，且所得材料化学稳定性好、在可见光范围内可以光解水、催化效率高。

目前，化石类燃料与日俱增的消耗和短缺及其燃烧后生成的CO2带来一系列能源与环境问题。光催化技术在制备清洁能源方面显示了巨大的潜力，因其可以利用丰富的太阳能被广泛研究。近年来，光催化水分解制氢的研究日益得到各国的重视，其机理是半导体材料通过有效吸收光能产生具有还原能力和氧化能力的光生电子‑空穴对，在催化剂的表面发生直接或者间接的氧化或还原反应，从而实现水分解为氢气与氧气。然而光催化过程中的三个步骤(光吸收、载流子分离、表面反应)效率较低。尤其是多数催化剂因其带隙较宽，对仅占太阳光5％左右的紫外区波段响应，极大地限制了实际应用。在此提出了一种可以在可见光波段响应的光催化材料，S掺杂Bi4Te3纳米线。Bi4Te3作为一类热电材料被熟知，其带隙较窄，可被光波中长的波段所激发，同时由于量子限域效应，纳米化的材料带隙宽度+将增大，能够使得其导带位置在H/H2还原势之上，这为光催化制氢提供了可能性。通过查找文献得知，有一类Bi2Te2X(X＝S，Se)单层材料通过理论模拟，得出具有极高的载流子输运能力和可吸收全波段太阳光的合适带隙的结论，非常适合光催化领域应用。但在实验中制备Bi2Te2X材料尤其是S掺杂Bi4Te3纳米线的制备方法目前还没有报道。

本发明的有益效果在于：

1、本发明制备S掺杂Bi4Te3催化材料的方法简单成熟、成本低，所得材料化学稳定性好、在可见光范围内可以光解水，且催化效率高。

2、本发明合成出的S掺杂Bi4Te3纳米线材料，由一维的Bi4Te3纳米线通过S掺杂实现，材料具有合适的带隙，具有在可见光范围内的响应，且具有较高的载流子输运能力可减少内部复合。同时，S替代了Te的位置，电子优先从低电负性的Te迁移到高电负性的S周围，较为均匀分布的表面S原子富集电子，充当了光催化产氢的活性位点，可以表现出显著的光催化效率。由于其比表面积大、化学和热稳定性好、载流子输运能力较强，在Na2S、Na2SO3配置的水溶液稳定高效地产氢6h，速率300μmol/g，是较为优异的产氢光催化剂。

3、本发明所获得的一维纳米线的优点在于：纳米化的线状材料比表面积大，且由于量子限域效应，带隙增大，具有合适的长波段光波响应能力，同时导带位置可在H /H2还原势之上。