一种CdS-Aux光催化剂的制备方法技术

本申请提出一种制备CdS‑Aux光催化剂的方法，包括如下步骤：(1)硫源溶液和镉源溶液以水热合成法制得CdS纳米晶粒；(2)金源溶液中加入巯基配合物，制得金纳米团簇分散液；(3)CdS纳米晶粒超声分散制得悬浊液，并加入金纳米团簇分散液，通过纳米自组装将所述金纳米团簇结合到CdS上，即得CdS‑Aux复合催化剂。与现有技术相比，本发明专利技术具有以下优点：能够提高CdS的光催化活性，可有效抑制CdS的光腐蚀，可以同时提高CdS的光催化活性和光稳定性；纯液相湿法合成，制备工艺简单，反应条件温和，能耗低、易于规模化推广应用。

【技术实现步骤摘要】
复合金纳米团簇抑制硫化镉光腐蚀的方法及其制备方法
本专利技术涉及光催化材料制备
，具体涉及一种复合金纳米团簇抑制硫化镉光腐蚀的方法及其制备方法。
技术介绍
CdS是一种良好的窄带半导体(2.4eV)，对可见光有优异的光电转化性能，被广泛用于光敏材料、光催化剂和太阳能电池等光电领域。但CdS光稳定性差，在光激发下容易发生自腐蚀，极大降低了光电转化的效率，大大限制了它的应用。此外，因光腐蚀将部分光生电荷用于氧化或还原半导体自身，降低了光生电荷的利用效率，并且破坏了半导体的本体结构，向水体或空气中引入有毒的重金属离子(Cd2+)、硫氧化物和氮氧化物等污染物，带来二次污染。因此如何有效的抑制半导体的光腐蚀，是一个非常重要的研究课题。研究者对半导体光腐蚀抑制也进行了很多研究，主要是通过添加牺牲剂，用光稳定的材料涂层或包覆光腐蚀半导体。添加牺牲剂并没有从本质上抑制催化剂的光腐蚀，而是利用牺牲剂优先地消除光生电子或空穴，使半导体本身得到保护。该方法成本高，易引入二次污染，使其实际应用价值大大受限[Chem.Rev.,2010,110,6503-6570]。除此之外，抑制光腐蚀主要的思路是用薄层稳定的半导体或惰性材料对光腐蚀半导体进行包覆，避免其与反应物或氧源直接接触，从而抑制其光腐蚀。CN104923261A(专利申请号201510246053.6)提出了一种用原子层沉积技术在CdS表面包覆的保护层(如：TiO2、ZnO、Al2O3、AZO等)，可延长CdS的光催化寿命。CN103920504A(专利申请号201410157431.9)提出了一种用TiO2包裹CdS形成树枝形中空CdS@TiO2，可使CdS具有良好的稳定性，有效避免了CdS产生的光腐蚀现象。CN103979523B(专利申请号201410174513.4)将CdS填充到碳纳米管中，可提高其活性和光稳定性。但是这些方法操作难度大，很难做到完全无孔的包覆，并且包覆层容易过厚，降低半导体的光吸收和电荷传输效率，减弱了半导体的光催化性能。而半导体光腐蚀是因其受光激发产生的电子或空穴将自身氧化或还原所致，若及时地将光生电子和空穴从半导体上转移可从根本上抑制其光腐蚀。朱永法等用聚苯胺[J.Phys.Chem.C2010,114,5822–5826]和C3N4[EnergyEnviron.Sci.,2011,4,2922–2929]与CdS复合，CdS上的光生空穴转移到聚苯胺和C3N4上，从而有效抑制了它们因空穴氧化所致的光腐蚀。因而快速地转移光腐蚀半导体上的光生电荷是一条抑制其光腐蚀的有效途径。Au纳米团簇是由几个到几百个金原子堆积形成的小颗粒，拥有良好的可见光吸收性能，P.V.Kamat等[J.Am.Chem.Soc.,2013,135,8822-8825]将Aux-GSH纳米团簇用作TiO2基太阳能电池的可见光敏化剂。在可见光激发下，Au纳米团簇HOMO基态的电子被激发至LUMO，然后再注入到TiO2的导带，实现了和CdS敏化电池相当的能量转化效率(高达2.3％)。随后他们将Au纳米团簇用作粉末TiO2光催化剂的敏化剂[J.Am.Chem.Soc.,2014,136,6075-6082]，在中性水中实现了高效的可见光催化分解水产氢。H.García等[J.Am.Chem.Soc.,2011,133,595–602]将平均粒径1.87nm的Au纳米团簇沉积到TiO2上，以AgNO3作为电子捕获剂，在可见光下实现了高效稳定的光催化氧化水产氧反应。由此可见，Au纳米团簇在光催化氧化和还原反应中都拥有很好的光稳定性。此外，通过调节金属纳米团簇的尺寸、组成和配体等可对其能级带隙进行调变。J.H.Bang等[J.Am.Chem.Soc.,2016,138,390–401]在Au纳米团簇敏化TiO2基太阳能电池过程中，通过调控Au纳米团簇的尺寸，对其能级带隙进行调变，并在优化尺寸的Au纳米团簇敏化TiO2基太阳能电池上实现了高达3.8％的能量转化效率。Y.Negishi等[Chem.Commun.,2010,46,4713–4715]通过Ag掺杂对Au纳米团簇的电子结构进行了连续的调节。综上所述，Au纳米团簇拥有良好的光稳定性和能级带隙灵活可调的独特性能，可作为一种良好的提高半导体光活性和抑制光腐蚀的复合材料。但是，目前面临着如何将金纳米团簇材料与经典的光催化材料复合制备复合光催化剂并将其应用于光催化降解有机污染物领域的难题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种复合金纳米团簇抑制硫化镉光腐蚀的方法及其制备方法，该方法将CdS与具有良好光稳定性的金纳米团簇复合制备得到的复合光催化剂，同时提高CdS的光催化活性和光稳定性，而且制备条件温和、可控性强。复合金纳米团簇抑制硫化镉光腐蚀的方法，在水热合成的CdS纳米颗粒表面复合金纳米团簇，制备出一种CdS复合金纳米团簇的CdS-Aux光催化剂。一种制备上述所述CdS-Aux光催化剂的方法，包括如下步骤：(1)以水热合成法制备CdS纳米晶粒：硫源溶液和镉源溶液混合均匀，所述镉源溶液和所述硫源溶液的摩尔比为1:1～1:3，搅拌，静置过夜，过滤，去离子水洗涤，然后将上述洗涤后物质转入水热釜中，加入蒸馏水，加热晶化，过滤，干燥，即制得CdS纳米晶粒；(2)金纳米团簇分散液的制备：在金源溶液中加入巯基配合物，所述金源与所述巯基配合物的摩尔比为1:1～1:3，搅拌至无色，60～80℃反应20～30h，离心，过滤，洗涤，超声分散于去离子水中，即制的金纳米团簇分散液；(3)CdS-Aux复合催化剂的制备：将步骤(1)中制得的CdS纳米晶粒超声分散于去离子水中，配置成固含量为0.001～0.01g/L的悬浊液，边搅拌边将所述金纳米团簇分散液加入所述悬浊液中，通过纳米自组装将所述金纳米团簇结合到CdS上，形成CdS-Aux复合催化剂。进一步，所述镉源溶液和所述硫源溶液均为0.01～5mol/L，将镉源溶液滴加到硫源溶液或者硫源溶液滴加到镉源溶液中，即制得混合均匀溶液。进一步，步骤(1)中，所述镉源为硝酸镉、乙酸镉、氯化镉和硫酸镉中的一种或一种以上的组合物。进一步，步骤(1)中，所述硫源为硫化钠、硫化和硫代硫酸钠中的一种或一种以上的组合物。进一步，步骤(1)中，所述水热釜中所述加热温度为120-240℃，所述晶化时间为50-96h，所述干燥温度为50～70℃，所述干燥时间为8～15h。进一步，步骤(2)中，所述巯基配合物为L-谷胱甘肽、对巯基苯甲酸和苯乙硫醇中的任一种。进一步，步骤(2)中，所述金源溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。进一步，步骤(2)中，所述金纳米团簇分散液的质量分数为0.001～5wt％。进一步，步骤(3)中，所述金纳米团簇的加入速度为20-50mL/h。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、能够提高CdS的光催化活性，可有效抑制CdS的光腐蚀，即能够同时提高CdS的光催化活性和光稳定性。本专利技术所提供的CdS纳米粒子和金纳米团的复合材料属于异质结复合材料。CdS有良好的可见光吸收能力和优异的光电转化性能。将超小尺寸的金纳米团簇与之复合，可均匀的担载在CdS上形成异质结，并且不影响CdS的光吸收。二者可同时受本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合金纳米团簇抑制硫化镉光腐蚀的方法，其特征在于，在水热合成的CdS纳米颗粒表面复合金纳米团簇，制备出一种CdS复合金纳米团簇的CdS‑Au

【技术特征摘要】
1.复合金纳米团簇抑制硫化镉光腐蚀的方法，其特征在于，在水热合成的CdS纳米颗粒表面复合金纳米团簇，制备出一种CdS复合金纳米团簇的CdS-Aux光催化剂。2.一种制备上述所述CdS-Aux光催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以水热合成法制备CdS纳米晶粒：硫源溶液和镉源溶液混合均匀，所述镉源溶液和所述硫源溶液的摩尔比为1:1～1:3，搅拌，静置过夜，过滤，去离子水洗涤，然后将上述洗涤后物质转入水热釜中，加入蒸馏水，加热晶化，过滤，干燥，即制得CdS纳米晶粒；(2)金纳米团簇分散液的制备：在金源溶液中加入巯基配合物，所述金源与所述巯基配合物的摩尔比为1:1～1:3，搅拌至无色，60～80℃反应20～30h，离心，过滤，洗涤，超声分散于去离子水中，即制的金纳米团簇分散液；(3)CdS-Aux复合催化剂的制备：将步骤(1)中制得的CdS纳米晶粒超声分散于去离子水中，配置成固含量为0.001-0.01g/L的悬浊液，边搅拌边将所述金纳米团簇分散液加入所述悬浊液中，通过纳米自组装将所述金纳米团簇结合到CdS上，即制得CdS-Aux复合催化剂。3.根据权利要求2所述一种CdS-Aux光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镉源溶液和所述硫源溶液浓度均为0.01～5mol/L，将镉源溶液滴加到硫源...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓峰，张晓娜，凌山，王钧伟，高迎春，秦伟，张元广，
申请(专利权)人：安庆师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34