一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂及其制备方法，属于无机功能材料领域。将WO3和Au负载到Mn0.5Cd0.5S上制得负载型Mn0.5Cd0.5S光催化剂，其中：Mn0.5Cd0.5S、WO3与Au质量比为1:0.2‑0.5:0.02‑0.05。本发明专利技术中，Mn0.5Cd0.5S与WO3形成了Z‑体系光催化系统，降低了电子‑空穴的复合效率；纳米Au粒子的引入不仅能与Mn0.5Cd0.5S/WO3系统形成表面等离子体共振增强光吸收，还有利于Mn0.5Cd0.5S导带电子的迁移，极大地提高了负载型催化剂的光催化活性。

Preparation of a Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au Supported Photocatalyst

The invention discloses a Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au supported photocatalyst and a preparation method thereof, belonging to the field of inorganic functional materials. The supported Mn0.5Cd0.5S photocatalyst was prepared by loading WO3 and Au onto Mn0.5Cd0.5S. Among them, the mass ratio of Mn0.5Cd0.5S, WO3 to Au was 1:0.2 to 0.5 to 0.02 to 0.05. In the present invention, Mn0.5Cd0.5S and WO3 form a Z_system photocatalytic system, which reduces the composite efficiency of electron holes; the introduction of nano-Au particles can not only form surface plasmon resonance with Mn0.5Cd0.5S/WO3 system to enhance light absorption, but also facilitate the electron migration of Mn0.5Cd0.5S conduction band, and greatly improve the photocatalytic activity of the supported catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂的制备方法
本专利技术属于无机材料
，具体涉及一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，能源危机日益严重，由于化石燃料的不断开采和消耗，随之带来的环境污染不断加重，因此目前急需开发一种新型可靠，环境友好型的能源来解决当前问题。氢是自然界最多的元素，是宇宙中含量最高的物质，约占75％，氢能是一种高效、清洁、可持续的“无炭”能源。光催化技术的产生可以利用太阳能来分解水制取氢气，不仅解决了能源危机又保护了环境。Mn0.5Cd0.5S固溶体具有良好的可见光吸收能力和较窄的且可调节的禁带宽度，从而受到人们的广泛关注，是一种很有潜力的光催化制氢材料。但由于Mn0.5Cd0.5S固溶体在光的作用下电子和空穴的快速结合，量子效率低，限制了其光催化活性。本专利技术将WO3和Au负载到Mn0.5Cd0.5S表面，Mn0.5Cd0.5S与WO3形成了直接Z-体系光催化系统，降低了电子-空穴的复合效率，使更多的光生电子用于光解水产氢的过程，极大提高了Mn0.5Cd0.5S的量子效率和光解水制氢效率；Au纳米粒子的加入不仅可以增强光吸收，还可以促进了电子转移速率，减少了光生电子和空穴的复合，从而进一步提高了光催化活性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种操作简单且易于实现的Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂的制备方法，该方法制得的Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂具有量子效率高，光催化制氢活性好等优点。一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂，将WO3和Au负载到Mn0.5Cd0.5S上制得，其结构特征在于：Mn0.5Cd0.5S、WO3与Au质量比为1:0.2-0.5:0.02-0.05。催化剂中Mn0.5Cd0.5S、WO3与Au质量比为1:0.2-0.5:0.02-0.05；XRD中在13.9°、22.8°、25.0°、26.8°、28.1°、28.6°、36.5°存在衍射峰；XPS中在35.9eV、38.2eV、84.3eV、88.0eV、161.3eV、162.4eV、404.85eV、411.6eV、530.35eV、641.1eV和652.3eV存在结合能。上述数据允许存在上下0.1偏差。XRD数据分析图中可以明显观察到纯WO3在13.9°、22.8°、28.1°、36.5°存在四个衍射峰，分别对应(100)晶面、(001)晶面、(200)晶面和(201)晶面，WO3的XRD光谱和标准卡片JCPDSno.75-2187相一致，说明WO3样品成功合成。纯Mn0.5Cd0.5S固溶体可以从图中很明显观察到在25.0°、26.8°、28.6°存在三个衍射峰，分别对应(100)晶面、(002)晶面和(101)晶面，与之前报道的文献是相吻合。复合样品Mn0.5Cd0.5S/WO3的XRD图谱中，除了Mn0.5Cd0.5S的衍射峰外，我们还可以很明显的观察到WO3的(100)、(001)、(200)、(201)晶面，说明WO3与Mn0.5Cd0.5S成功复合。Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au样品中存在Mn0.5Cd0.5S和WO3的衍射峰，但衍射图谱中未观察到Au衍射峰，这可能是由于Au的含量较低或者纳米Au粒子衍射峰太弱导致。XPS分析Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au样品中的元素组成，从图谱中可以看出Cd3d5/2和Cd3d3/2的结合能为404.85eV和411.6eV，Mn2p3/2和Mn2p1/2的结合能为641.1eV和652.3eV。说明样品中包含Cd元素和Mn元素。图谱中S2p3/2和S2p1/2的结合能分别为161.3eV和162.4eV，W4f5/2和W4f7/2的结合能为35.9eV和38.2eV。说明样品中包含S元素和W元素。图谱中结合能为530.35eV，相对应于WO3中W-O键中O元素的峰。图谱中Au4f7/2和Au4f5/2的结合能为84.3eV和88.0eV，说明样品中Au元素的存在，同时证明了XRD图谱中由于Au的含量较低或者纳米Au粒子衍射峰太弱导致未检测到Au衍射峰的原因。XPS图谱观察到三体系复合材料中包含Cd、Mn、S、W、O和Au元素，进一步证明成功的制备出Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au复合材料。Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au复合型光催化剂经过了XRD和XPS表征，XRD显示存在Mn0.5Cd0.5S和WO3的衍射峰，同时未发现其它杂质峰，说明所制备的样品纯度很高；同时由于Au的负载量较小，Au衍射峰并未检测出。XPS表明所制备的Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au样品中包含Cd、Mn、S、Au、W和O元素，进一步证实了所制备样品中有Mn0.5Cd0.5S、WO3和Au存在。本专利技术提供的复合光催化剂制备方法如下：一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将二水钨酸钠和氯化钠溶解于去离子水中，采用盐酸调节溶液pH＝1.5-2.5，随后将溶液在160-180℃进行水热反应，处理后得到WO3固体粉末。进一步地，在上述技术方案中，钨酸钠和氯化钠质量比为5:1。2)将L-胱氨酸溶解于去离子水中，用NaOH调节溶液pH＝10-11，形成A混合溶液；将二水醋酸镉与二水醋酸锰溶解于去离子水中，形成B混合溶液；将B混合溶液滴加到A混合溶液中，然后将溶液在120-140℃进行水热反应，处理后得到Mn0.5Cd0.5S纳米颗粒。进一步地，在上述技术方案中，醋酸镉和醋酸锰摩尔比为1:1。3)将步骤2)所得Mn0.5Cd0.5S纳米颗粒和步骤1)所得WO3粉末分散于甲醇溶液中超声，随后在60-90℃循环回流；处理后得到Mn0.5Cd0.5S/WO3复合物。进一步地，在上述技术方案中，Mn0.5Cd0.5S/WO3质量比为1:0.2-0.5。4)将步骤3)所得Mn0.5Cd0.5S/WO3复合物分散于去离子水中，然后滴加氯金酸溶液进行超声，接着加入NaBH4溶液，后处理后得到Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂。进一步地，在上述技术方案中，Mn0.5Cd0.5S、WO3与Au质量比为1:0.2-0.5:0.02-0.05。按照上述方法制备的Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂进行产氢实验：操作条件：光源：300W氙灯；催化剂的量：0.05g；牺牲剂的浓度：0.1mol/L的Na2S和0.1mol/L的Na2SO3。从图中可知，纯Mn0.5Cd0.5S催化剂的产氢速率为23.17μmolh-1，而Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载光催化剂的产氢速率高达90.28μmolh-1，表现出明显增强的光催化制氢性能。为了更进一步描述上述Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂的制备方法，典型的操作步骤具体如下：(1)WO3的制备：称取一定质量的二水钨酸钠和氯化钠溶于去离子水中，钨酸钠和氯化钠质量比为5:1，并持续搅拌6h，然后用浓盐酸调节溶液的pH＝2，继续搅拌3h，搅拌完成后将溶液转移至聚四氟乙烯釜中，在160-180℃的条件下保持24h。待反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂，其特征在于：催化剂中Mn0.5Cd0.5S、WO3与Au质量比为1:0.2‑0.5:0.02‑0.05；XRD中在13.9°、22.8°、25.0°、26.8°、28.1°、28.6°、36.5°存在衍射峰；XPS中在35.9eV、38.2eV、84.3eV、88.0eV、161.3eV、162.4eV、404.85eV、411.6eV、530.35eV、641.1eV和652.3eV存在结合能。

【技术特征摘要】
1.一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂，其特征在于：催化剂中Mn0.5Cd0.5S、WO3与Au质量比为1:0.2-0.5:0.02-0.05；XRD中在13.9°、22.8°、25.0°、26.8°、28.1°、28.6°、36.5°存在衍射峰；XPS中在35.9eV、38.2eV、84.3eV、88.0eV、161.3eV、162.4eV、404.85eV、411.6eV、530.35eV、641.1eV和652.3eV存在结合能。2.一种如权利要求1所述Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将二水钨酸钠和氯化钠溶解于去离子水中，采用盐酸调节溶液pH＝1.5-2.5，随后将溶液在160-180℃进行水热反应，处理后得到WO3粉末；2)将L-胱氨酸溶解于去离子水中，用NaOH调节溶液pH＝10-11，形成A混合溶液；将二水醋酸镉与二水醋酸锰溶解于去离子水中，形成B混合溶液；将B混合溶液滴加入A混合溶液中，随后将溶液在120-140℃进行水热反应，处理后得到Mn0.5Cd0.5S纳米颗粒；3)将步骤2)所得Mn0.5Cd0.5S纳米颗粒和步骤1)所得WO3粉末分散于甲醇溶液中超声，随后在60-90℃循环回流，处理后得到Mn0.5Cd0.5S/WO3复合物；4)将步骤3)所得Mn0.5Cd0.5S/WO3复合物分散于去离子水中，然后滴加氯金酸溶液进行超声，随后加入硼氢化钠溶液，处理后得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉民，龚志远，吕华，任豪，武新新，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41