ZIF-67 （Co）衍生的Co3S4/CdS复合催化剂及光解水制氢性能

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文章编号： 1672-6987（2025）05-0033-09 DOI： 10.16351/j.1672-6987.2025.05.005

李维平， 蒋璐璐， 高永生， 王海鹏， 赵国峰， 吕志果^*（青岛科技大学 化工学院， 山东 青岛 266042）

摘要 以ZIF-67作钴源，经水热反应和煅烧得到Co₃S₄，之后采用一步水浴法将Co₃S₄负载到CdS上，制备得到Co₃S₄/CdS复合催化剂。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外可见漫反射（UV-Vis）、光致发光（PL）和X射线衍射（XRD）等手段对Co₃S₄/CdS复合催化剂的结构和形貌进行了表征，通过光催化分解水制氢反应评价了其可见光催化活性。结果表明：负载Co₃S₄使催化剂的带隙由原来的2.17 eV减小至1.55 eV，提高了催化剂对光的利用率。催化剂的比表面积也由原来的61.82 m² · g^-1增加至99.41 m² · g^-1，使催化剂暴露出更多的活性位点。此外，Co₃S₄/CdS复合催化剂的光催化制氢性也能明显增强，最高可达102.67 mmol · （g · h）^-1。最后根据表征和实验结果，提出一种可能的光催化机理，Co₃S₄与CdS吸收太阳光产生电子，在异质结的作用下，电子由Co₃S₄的VB向CdS的VB迁移，聚集在CdS上进行还原反应生成H₂。

关键词： CdS； Co₃S₄； ZIF-67； 光催化； 氢气

中图分类号： TB 333        文献标志码： A

引用格式： 李维平， 蒋璐璐， 高永生， 等. ZIF-67 （Co）衍生的Co₃S₄/CdS复合催化剂及光解水制氢性能［J］. 青岛科技大学学报（自然科学版）， 2025， 46（5）： 33-41.

LI Weiping， JIANG Lulu， GAO Yongsheng， et al. Study on Co₃S₄/CdS composite catalyst derived from ZIF-67 （Co） and hydrogen production from photolysis water［J］. Journal of Qingdao University of Science and Technology（Natural Science Edition）， 2025， 46（5）： 33-41.

Study on Co₃S₄/CdS Composite Catalyst Derived from ZIF-67 (Co) and Hydrogen Production from Photolysis Water

LI Weiping， JIANG Lulu， GAO Yongsheng， WANG Haipeng， ZHAO Guofeng， LYU Zhiguo（College of Chemical Engineering， Qingdao University of Science and Technology， Qingdao 266042， China）

Abstract： In this paper， Co₃S₄ was obtained by hydrothermal reaction and calcination using ZIF-67 as cobalt source. Co₃S₄/CdS composite catalyst was obtained by loading Co₃S₄ onto CdS with water bath loading method. The structure and morphology of the Co₃S₄/CdS composite catalyst were characterized by scanning electron microscopy （SEM）， transmission electron microscopy （TEM）， UV-visible diffuse reflection （UV-Vis）， photoluminescence （PL） and X-ray diffraction （XRD）. The photocatalytic activity of the catalyst was evaluated by the photocatalytic decomposition of water to produce hydrogen. The results show that the support Co₃S₄ reduces the band gap of the catalyst from 2.17 eV to 1.55 eV， which improves the utilization rate of the catalyst to light. The specific surface area of the catalyst increased from 61.82 m² · g^-1 to 99.41 m² · g^-1， which exposed more active sites. In addition， the photocatalytic hydrogen production performance of Co₃S₄/CdS composite catalyst was significantly enhanced， up to 102.67 mmol · （g · h）^-1. Finally， according to the characterization and experimental results， a possible photocatalytic mechanism is proposed. Co₃S₄ and CdS absorb sunlight to produce electrons. Under the action of heterostructures， electrons migrate from VB of Co₃S₄ to VB of CdS， and gather on CdS for reduction reaction to produce H₂.

Key words： CdS； Co₃S₄； ZIF-67； photocatalytic； hydrogen

收稿日期： 2024-11-01

基金项目： 国家自然科学基金项目（NSFC21978141）.

作者简介： 李维平（1985—），男，高级工程师     * 通信联系人.