CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔二氧化钛光催化剂制造技术

本发明专利技术涉及TiO2光催化剂，具体涉及一种CdS‑MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂及其制备方法和光分解水产氢性能研究，属半导体材料领域。本发明专利技术首先合成多孔的MoO3‑CdO‑TiO2，在乙二胺的支撑作用下进行氢化，得到黑色的MoO3‑CdO‑TiO2，然后在溶剂热条件下原位硫化黑色的MoS2‑CdS‑TiO2。由于CdS能吸收可见光，MoS2能有效传输光生载流子，黑色的TiO2能有效提高光电转化效率，所以该催化剂呈现优异的光催化分解水产氢的性能，分解水产氢的速度达到4527 umol·h·

CdS MoS2 nanoparticles Co doped black porous TiO2 photocatalyst

The invention relates to a TiO2 light catalyst, in particular to a CdS MoS2 nanoparticles Co doped black porous TiO2 photocatalyst and preparation method thereof and optical performance of hydrogen decomposition of water, which belongs to the field of semiconductor materials. The present invention first synthesis of porous MoO3 CdO TiO2 hydrogenation is carried out in the supporting role of ethylenediamine, black MoO3 CdO TiO2, then under solvothermal conditions in situ sulphur black MoS2 CdS TiO2. Because the CdS can absorb visible light, MoS2 can effectively transfer the photogenerated carriers, TiO2 black can effectively improve the photoelectric conversion efficiency, so the performance of catalyst showed excellent photocatalytic hydrogen production, hydrogen production rate reached 4527 umol - H -

【技术实现步骤摘要】
CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔二氧化钛光催化剂
本专利技术涉及TiO2光催化剂，具体涉及一种CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂及其制备方法和光分解水产氢性能研究，属半导体材料领域。
技术介绍
二氧化钛作为半导体材料因其低成本、亲水性良好、催化活性较高以及无毒、无污染而备受关注。但是，二氧化钛的带隙较宽(3.2eV)，光谱响应范围较窄仅能吸收占太阳光4％的紫外光，光生载流子传速慢导致光生电子-空穴复合率较高，这些缺陷极大地限制了二氧化钛的光催化应用。因此，许多科研工作者为了改善二氧化钛的光催化活性，开展了大量的研究工作提高其催化活性，如金属离子掺杂、稀土离子掺杂、贵金属沉积、金属氧化物及硫化物半导体复合等。在众多改善二氧化钛活性的方法中，金属硫化物半导体复合二氧化钛的方法是一个非常有效的方法，因为硫化物一般具有窄带隙，能吸收更多的太阳光，同时金属硫化物能有效传输光生载流子，减少光生空穴-电子的复合，从而提高其光分解水的性能。近年研究结果表明，黑色多孔TiO2表面缺陷态能有效提高光电转换效率从而提高其光催化性能引起科学家浓厚的兴趣。光催化剂体系常用的一种改性方法为通过贵金属助催化剂沉积来提高光催化活性。例如，Ru，Rh，Pd，Pt，Au和Ag广泛作为光催化产氢的有效助催化剂。Cui等人通过合成不同暴露面的Pt/TiO2，实验结果表明Pt{111}/TiO2催化剂展现出较高的产氢活性，在可见光下产氢速率约为200μmol·h-1(Cui,E.；Lu,G.J.Phys.Chem.C2013,117,26415-26425)。Shi等人制备了三维阵列核壳状的Au-TiO2，特定的三维结构有利于增强其光催化活性，与Au-TiO2相比，产氢活性提高了3.5倍左右，在可见光下产氢速率约为128μmol·h-1(Shi,X.；Lou,Z.；Zhang,P.；Fujitsuka,M.；Majima,T.ACSAppl.Mater.Interfaces2016,8,31738-31745)。Priebe等人通过浸渍法、沉积沉淀法、光沉积、溶胶固化法合成了不同含量的Au-TiO2复合材料，其中通过沉积沉淀法合成的样品活性较高，在可见光下Au含量为0.93wt％时产氢活性可达2400μmol·h-1·g-1(Priebe,J.B.；Radnik,J.；Lennox,A.J.J.；Pohl,M.M.；Karnahl,M.；Hollmann,D.；Grabow,K.；Bentrup,U.；Junge,H.；Beller,M.；Brückner,A.ACSCatal.2015,5,2137-2148)。相比较于Pt和Au而言，略微廉价的Ag也可以负载在TiO2上从而提高光催化活性。例如，Choi等人制备了Ag/TiO2复合材料，并探究了硫氰酸盐对其产氢活性的影响，结果表明在λ＞320nm时，在硫氰酸盐的存在下，反应10h后产氢量可达310μmol(Choi,Y.；Kim,H.I.；Moon,G.H.；Jo,S.；Choi,W.ACSCatal.2016,6,821-828)。但原位制备CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂并研究其光催化分解水的性能还没有报道。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂；另一目的在于提供一种原位制备该光催化剂的方法和及其应用。为实现本专利技术目的，本专利技术首先合成多孔的MoO3-CdO-TiO2，在乙二胺的支撑作用下进行氢化，得到黑色的MoO3-CdO-TiO2，然后在溶剂热条件下原位硫化黑色的MoS2-CdS-TiO2。由于CdS能吸收可见光，MoS2能有效传输光生载流子，黑色的TiO2能有效提高光电转化效率，所以该催化剂呈现优异的光催化分解水产氢的性能，分解水产氢的速度达到4527umol·h-1·g-1。从而为可见光下新型光催化剂的制备提供新的途径。具体技术方案如下：本专利技术所述CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂通过如下制备方法得到：(1)制备多孔的MoO3-CdO-TiO2中间产物：将钛酸四丁酯加入到含有冰醋酸、去离子水和乙醇溶液中，并使其形成溶胶。然后将聚苯乙烯球、醋酸镉和仲钼酸铵加入到上述溶胶凝胶中，并促使其再一次形成溶胶凝胶，然后将新制备的溶胶凝胶在通氧气的条件下400-450℃煅烧，即可得到多孔的MoO3-CdO-TiO2中间产物；(2)制备乙二胺改性的多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物：将得到的MoO3-CdO-TiO2中间产物加入到含有硼氢化钠、乙二胺的水溶液中，在250-270℃恒温反应，然后自然冷却到室温，离心洗涤烘干得到乙二胺改性的多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物；(3)制备黑色多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物：将制备的乙二胺改性的MoO3-CdO-TiO2中间产物置于管式炉中，在氢气氛围中并在540-550℃恒温反应，然后自然冷却到室温，得到黑色多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物；(4)原位生成CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂：将黑色MoO3-CdO-TiO2中间产物转移到含有硫脲的水溶液中，然后转移到反应釜中，在220-230℃恒温反应，得到本专利技术所述的CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂。优选：钛酸四丁酯、醋酸镉和仲钼酸铵摩尔比为：100:3:3。优选：CdS掺杂量占该光催化剂摩尔含量的3％，MoS2掺杂量占该光催化剂摩尔含量的3％。本专利技术公开的CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂在可见光下分解水具有较高的催化活性，光分解水产氢的速度达到4527umol·h-1·g-1。本专利技术所提供的CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂表征如下:通过场发射扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、比表面及孔隙度分析仪(BET)、紫外-可见图谱分析(UV-Vis)等检测结果表明，制备的样品是具有大孔结构，其平均孔直径约为300nm。比表面积分析(BET)分析结果表明：样品具有较窄孔径分布，其相应的最可几分布在5.10nm处，孔隙度较高，紫外-可见图谱分析(UV-Vis)分析表明所有经过硫化物复合的样品的紫外可见吸收光谱显示出红移和可见光范围内的吸收。本专利技术所述CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂，其粉末XRD表征衍射峰2θ位于25.28,38.58,48.05,53.89,55.06,62.12,68.76,70.31和75.03°处的衍射峰分别归属于锐钛矿TiO2(JCPDSNo,21-1272)(101)，(112)，(200)，(105)，(211)，(204)，(116)，(220)和(215)晶面。同时，在2θ为24.80,26.50,28.18,43.68,47.83,51.82,66.77和75.47°处相对较弱的衍射峰可归属于六方晶系CdS(JCPDSNo，41-1049)，(100)，(002)，(101)，(110)，(103)，(112)，(203)和(105)晶面。然而，没有明确的衍射峰对应于MoS2晶面，这由于MoS本文档来自技高网...

【技术保护点】
CdS‑MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂，其特征在于，通过如下制备方法得到：(1)制备多孔的MoO3‑CdO‑TiO2中间产物：将钛酸四丁酯加入到含有冰醋酸、去离子水和乙醇溶液中，并使其形成溶胶，然后将聚苯乙烯球、醋酸镉和仲钼酸铵加入到上述溶胶凝胶中，并促使其再一次形成溶胶凝胶；然后将上述制备的溶胶凝胶在通氧气的条件下400‑450℃煅烧，得到多孔的MoO3‑CdO‑TiO2中间产物；(2)制备乙二胺改性的多孔MoO3‑CdO‑TiO2中间产物：将得到的MoO3‑CdO‑TiO2中间产物加入到含有硼氢化钠、乙二胺的水溶液中，在250‑270℃恒温反应，然后自然冷却到室温，离心洗涤烘干得到乙二胺改性的多孔MoO3‑CdO‑TiO2中间产物；(3)制备黑色多孔MoO3‑CdO‑TiO2中间产物：将制备的乙二胺改性的MoO3‑CdO‑TiO2中间产物置于管式炉中，在氢气氛围中并在540‑550℃恒温反应,然后自然冷却到室温，得到黑色多孔MoO3‑CdO‑TiO2中间产物；(5)原位生成CdS‑MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂：将黑色MoO3‑CdO‑TiO2中间产物转移到含有硫脲的水溶液中，然后转移到反应釜中，在220‑230℃恒温反应,得到CdS‑MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂；CdS掺杂量占该光催化剂摩尔含量的3％，MoS2掺杂量占该光催化剂摩尔含量的3％。...

【技术特征摘要】
1.CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂，其特征在于，通过如下制备方法得到：(1)制备多孔的MoO3-CdO-TiO2中间产物：将钛酸四丁酯加入到含有冰醋酸、去离子水和乙醇溶液中，并使其形成溶胶，然后将聚苯乙烯球、醋酸镉和仲钼酸铵加入到上述溶胶凝胶中，并促使其再一次形成溶胶凝胶；然后将上述制备的溶胶凝胶在通氧气的条件下400-450℃煅烧，得到多孔的MoO3-CdO-TiO2中间产物；(2)制备乙二胺改性的多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物：将得到的MoO3-CdO-TiO2中间产物加入到含有硼氢化钠、乙二胺的水溶液中，在250-270℃恒温反应，然后自然冷却到室温，离心洗涤烘干得到乙二胺改性的多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物；(3)制备黑色多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物：将制备的乙二胺改性的MoO3-CdO-TiO2中间产物置于管式炉中，在氢气氛围中并在540-550℃恒温反应,然后自然冷却到室温，得到黑色多孔MoO3-CdO-TiO2中间产物；(5)原位生成CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂：将黑色MoO3-CdO-TiO2中间产物转移到含有硫脲的水溶液中，然后转移到反应釜中，在220-230℃恒温反应,得到CdS-MoS2纳米颗粒共同掺杂黑色多孔TiO2光催化剂；CdS掺杂量占该光催化剂摩尔含量的3％，MoS2掺杂量占该光催化剂摩尔含量的3％。2.制备权利要求1所述的CdS-MoS2纳米颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雷雷，杜记民，余彩霞，王慧鸣，杨梦可，
申请(专利权)人：安阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41