本發明涉及光催化材料，具體涉及一種硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑及其制備方法和應用。
背景技術：
1、隨著化石燃料（煤炭、石油、天然氣）的廣泛使用，大量co2等溫室氣體排放導致全球氣溫升高、海平面上升及極端氣候事件頻發。與此同時，我國經濟社會高速發展對能源需求持續攀升，亟需開發清潔可再生能源以平衡能源供給與生態環境的雙重壓力。其中，氫氣作為高熱值、無污染的能源載體，已廣泛應用于燃料電池、化工合成等領域。光催化產氫技術利用太陽能將水分解為氫氣，是一種零碳排放的能源轉化方案，具有反應條件溫和、資源可持續及環境友好等突出優勢。
2、硫化鎘（cds）作為一種典型的窄帶隙半導體（≈2.4?ev），因其優異的可見光吸收能力和足夠負的導帶電位，在光催化析氫（her）領域備受關注，其能帶結構可滿足質子還原反應（2h++?2e-→?h2）的熱力學要求，且合成成本低廉、形貌調控靈活（如納米棒、量子點等）。然而，cds的本征缺陷嚴重制約其實際應用：光生載流子復合率高，且存在嚴重的光腐蝕問題（硫原子易被空穴氧化，導致結構坍塌）。為突破上述瓶頸，引入助催化劑優化界面反應路徑成為關鍵策略。其中，氫氧化鎳（ni(oh)2）因其獨特的物理化學性質展現出顯著優勢：其表面豐富的羥基（-oh）可快速捕獲cds的光生空穴（h+），生成·oh自由基，抑制光腐蝕并促進氧化半反應；其層狀結構提供高密度活性位點，降低h+還原能壘。wang等通過水熱法ni(oh)2/cds，其最佳光催化產氫速率是是純cds的6.9倍，且該復合催化劑具有良好的穩定性。然而，該策略對光生電荷分離效率的改善程度有限，導致產氫性能的提升幅度仍未達到理想水平。
3、此外，研究表明，通過表面缺陷工程構建的陽離子空位cds（dcds）可顯著優化材料能帶結構，拓寬光吸收范圍并增強載流子分離效率；同時，vcd作為原子級錨定位點，可穩定結合過渡金屬形成高活性m-s配位結構，為催化反應提供豐富的活性中心。yang等人通過構建具有鎘缺陷的cds（dcds），在一定程度上改善了其光催化活性，報道其產氫效率相較于純cds提高了28倍，這揭示了晶體缺陷工程在調制光催化劑性能方面的潛力。然而，經重復實驗驗證，盡管dcds的初始產氫活性顯著高于純cds，二者均未能從根本上克服光化學不穩定的缺陷：在進行約3小時的光催化反應后，dcds同樣出現了明顯的活性下降，且反應體系懸浮液顏色變深（發黑），這是cds基材料發生光腐蝕的典型現象。這表明，僅依靠引入鎘缺陷的策略，雖可提升初始活性，但未能有效解決催化劑在長期反應中的耐久性問題。
4、綜上，現有技術中光催化劑存在以下缺點：
5、（1）cds光催化產氫反應效率低，光生載流子復合率高，且存在光腐蝕問題。
6、（2）雖然陽離子缺陷（陽離子空位cds）可以大幅提升光催化產氫性能，但仍然存在光腐蝕。
7、（3）ni(oh)2/cds復合光催化劑雖然具有良好穩定性，但產氫效率提升較為有限。
8、（4）通過構建富含硫空位（vs）的缺陷態cds，利用硫空位作為原子級錨定位點誘導ni(oh)2選擇性沉積，所得vs-cds/ni(oh)2異質結產氫速率較純cds提升約45倍。該工作首次將“缺陷錨定”概念引入cds/ni(oh)2體系，但其缺陷類型局限于陰離子空位（硫空位），且未涉及陽離子空位（鎘空位）的錨定應用，亦未解決催化劑長期穩定性問題。
技術實現思路
1、（一）要解決的技術問題
2、鑒于現有技術的上述缺點、不足，本發明提供一種硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑，通過將ni(oh)2錨定在缺陷態硫化鎘的表面形成異質結結構，鎘空位誘導的局域電子富集效應與氫氧化鎳異質結的協同作用顯著加強；
3、相應地，本發明還提供一種硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑的制備方法和應用。
4、（二）技術方案為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：
5、第一方面，本發明提供一種硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑，其包括具有鎘空位的缺陷態硫化鎘和氫氧化鎳，所述氫氧化鎳通過鎘空位錨定在所述缺陷態硫化鎘的表面形成異質結結構。
6、本發明的鎘空位（vcd）誘導的局域電子富集效應與氫氧化鎳異質結的協同作用，能夠有效促進水分子的吸附解離與質子還原過程，從而實現光催化產氫效率的顯著提升。
7、陽離子空位可增強水分子吸附與解離，降低volmer步驟能壘；氫氧化鎳捕獲空穴并優化質子還原路徑，顯著提升析氫動力學；陽離子空位與異質結具有協同作用，共同促進光催化產氫。
8、本發明通過構建含鎘空位的硫化鎘（dcds）與氫氧化鎳（ni(oh)2）的異質結復合結構，利用陽離子缺陷誘導的晶格畸變與能帶調控優化載流子分離，同時通過異質結界面內建電場強化電荷定向遷移，顯著提升光生電子對水分子的還原效率。通過缺陷工程與異質結構筑的協同作用，將產氫速率顯著提升，為開發高效非貴金屬光催化產氫體系提供了新路徑。
9、特別地，本發明是通過鎘空位錨定使氫氧化鎳在缺陷態硫化鎘的表面形成異質結結構。若僅將氫氧化鎳（ni(oh)2）與具有鎘空位的缺陷態硫化鎘（dcds）進行物理混合或普通負載，而未實現通過鎘空位的特異性化學錨定，所構建的催化劑其產氫速率僅為本發明的1/4。一方面，ni(oh)2可作為空穴受體部分抑制光腐蝕并略微促進電荷分離；另一方面，dcds自身的鎘空位可局域富集電子并改善光吸收。然而，由于缺乏原子級強耦合界面，光生載流子跨界面傳輸阻力大、復合嚴重，導致電荷分離效率增益有限，且ni(oh)2易脫落使得光腐蝕抑制不徹底。與之形成鮮明對比，本發明通過“鎘空位錨定”構筑的強耦合異質結，實現了界面電荷超快傳輸與反應路徑的協同優化，不僅從根本上抑制了光腐蝕，光催化產氫速率相較于無錨定的普通復合物（ni(oh)2/pcds）產生了高達11.2倍的預料不到的飛躍，這絕非簡單組合所能實現，而是“缺陷”與“界面”深度協同所觸發的質變。
10、可選地，所述氫氧化鎳以納米片形態存在。
11、可選地，所述氫氧化鎳在所述異質結光催化劑中的質量占比為5%至25%。
12、第二方面，本發明還提供一種上述硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑的制備方法，其包括以下步驟：將缺陷態硫化鎘分散于堿性溶液中后，加入鎳鹽溶液進行反應獲得所述硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑。
13、本發明通過化學沉淀法將氫氧化鎳負載于dcds（缺陷態cds）表面：將缺陷態cds分散于堿性溶液，超聲處理打破顆粒團聚后緩慢滴加鎳鹽溶液，鎳離子在堿性環境中定向沉積為氫氧化鎳納米片，并通過鎘空位錨定形成強界面耦合結構，最終經洗滌干燥獲得復合催化劑。
14、可選地，所述缺陷態硫化鎘的制備方法包括以下步驟：在過氧化氫存在下，使鎘鹽與過量硫源進行水熱反應，得到所述缺陷態硫化鎘。本發明通過表面缺陷工程策略合成具有鎘空位的硫化鎘（dcds），采用水熱法在過氧化氫調控下誘導鎘空位形成，利用陽離子缺失位點重構材料能帶結構并增強載流子分離效率。
15、本發明通過一步水熱法結合化學沉淀工藝實現催化劑制備，通過常壓、低溫溫和的工藝條件，無需貴金屬或復雜設備，批次穩定性優異，滿足工業化量產需求。
16、可選地，所述水熱反應的溫度為140~160℃。
17、第三方面，本發明還提供上述任一方案中所述硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑在光催化分解水產氫中的應用。
18、?（三）有益效果
19、本發明的有益效果是：
20、本發明提供的硫化鎘-氫氧化鎳異質結光催化劑，其為通過鎘空位錨定在缺陷態硫化鎘的表面形成異質結結構，相較于傳統pcds及非缺陷復合體系（ni(oh)2/pcds）可見光下產氫速率顯著提高，分別提升197倍和11.2倍。其不僅僅通過添加氫氧化鎳和引入鎘空位，更重要的是通過空位進行錨定，徹底改變了電荷分離和表面反應的微觀過程，獲得顯著的產氫速率倍增效果。