一种花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种花状介孔结构CdS‑ZnO，是先以天冬氨酸作为绿色模板剂，硫脲与乙酸镉通过一步水热合成花状CdS，再将尿素和乙酸锌按超声分散于乙醇‑水混合液中形成尿素‑乙酸锌悬浮液；将然后CdS超声分散于无水乙醇中得到CdS悬浮液，再将CdS悬浮液置于油浴中，加入尿素‑乙酸锌‑悬浮液，继续油浴回流6~7h，产物离心，洗涤，干燥，然后在氮气保护下煅烧碳化，得到花状介孔CdS‑ZnO复合材料。该复合材料中氧化锌呈现薄膜状结构，并很好的插层在花状CdS半导体分枝之间，有效增大复合材料的反应活性位点。同时由于氧化锌的引入，有效提高了CdS的可见光吸收效能，因而可有效提高复合材料的光催化性能。

Preparation of a CdS-ZnO composite with flower like mesoporous structure

The invention provides a flower like mesoporous structure CdS ZnO, which first uses aspartic acid as a green template, and thiourea and cadmium acetate synthesize flower like CdS through one step of hydrothermal heat. Then urea and zinc acetate are dispersed in the mixture of ethanol and water to form a urea zinc acetate suspension, and then CdS ultrasound is dispersed in anhydrous ethanol. The CdS suspension was obtained, then the CdS suspension was placed in the oil bath, the urea was added to the zinc acetate suspension, and the oil bath was continued to return to 6~7h. The product was centrifuged, washed and dried, and then calcined and carbonated under nitrogen protection, and the flower like mesoporous CdS ZnO composite was obtained. In this composite, the Zinc Oxide has a thin film structure and a good intercalation between the branching of the flower like CdS semiconductors, which can effectively increase the reactive sites of the composite. At the same time, because of the introduction of Zinc Oxide, the visible light absorption efficiency of CdS can be effectively improved, so the photocatalytic properties of the composites can be effectively improved.

【技术实现步骤摘要】
一种花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备方法，主要用于有机污染物的光催化降解，属于复合材料制备与光催化应用领域。
技术介绍
随着工业的发展，水体污染已经严重影响了人类及其他生物的生命和健康。传统治理污水的方法在成本以及效果上存在一定的缺陷。近些年来，光催化有机污染物降解技术由于其绿色、低能耗、高效等特点在水处理方面被广泛研究。半导体光催化剂因此被广泛开发，其中CdS由于其较窄的带宽、优异的可见光活性，已被证明是一种优异的可见光响应的光催化剂。但单一的CdS有明显的光腐蚀现象，因此对CdS光催化效能的提升对其应用具有很大的帮助。相关实验结果显示，半导体光催化剂的形貌对其催化活性有较大的影响。另外将CdS与其他半导体复合形成具有大比表面积的异质结构也可以有效的调节半导体带隙和光谱吸收范围，进而提升催化剂光催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备方法。一、花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备本专利技术制备具有花状介孔结构CdS-ZnO的方法，包括以下工艺步骤：（1）三维花状CdS的制备将乙酸镉和硫脲按1:2~1:3的摩尔比溶解于去离子水中，再加入L-天冬氨酸溶液，继续搅拌20~30min形成均一溶液，然后于180±5℃反应4~6h；沉淀物通过离心，乙醇和蒸馏水洗涤，干燥，得到三维花状CdS。L-天冬氨酸的加入作为结构导向剂防止CdS团聚，L-天冬氨酸的摩尔量与乙酸镉摩尔量比为1:2~1:3。（2）花状介孔CdS-ZnO的制备将尿素和乙酸锌按超声分散与乙醇-水混合液中形成均一悬浮液；将干燥花状CdS超声分散于无水乙醇中得到黄色悬浮液，再将悬浮液置于油浴中，于80~90℃加入上述尿素和乙酸锌的悬浮液，继续保持80~90℃油浴回流6~7h，产物离心，乙醇与蒸馏水洗涤，真空干燥，然后在氮气保护下于200~300℃煅烧1.5~2h，得到花状介孔CdS-ZnO。乙醇-水的混合液中，乙醇与水的体积比为1:1~1:1.5。硫化镉与乙酸锌的摩尔量控制在1:0.5~1:1.5之间；尿素和乙酸锌摩尔比为1.5:1~2:1。CdS-ZnO复合材料中，CdS与ZnO的摩尔比为1:1~1:2。为更好的在两种半导体之间形成异质结构以及增加复合材料比表面积，将片层状ZnO均匀分散在CdS之间，尿素与乙酸锌形成的分散液分步加入到花状CdS悬浮液中，及先加入一半，搅拌50~60min，再加入剩余的分散液，继续搅拌5~6h保持油浴回流5~6h；产物离心，洗涤，干燥，煅烧，得到花状介孔CdS-ZnO。上述各步骤中的干燥均是在50~60℃下真空干燥。二、花状介孔CdS-ZnO复合材料的结构图1为加入绿色模板剂合成的花状CdS。可知，半导体CdS结构呈规整的花状形貌。图2为本专利技术制备的花状介孔CdS-ZnO复合材料扫描电镜图。从图2中可以看到，结构导向剂L-天冬氨酸的引入有效控制了CdS的不规则团聚现象；花状介孔CdS-ZnO复合材料中氧化锌呈现薄膜状结构，并很好的插层在花状CdS半导体分枝之间，有效增大复合材料的反应活性位点。图3为CdS以及CdS-ZnO的紫外吸收图。从图3中可以看到，氧化锌的引入，有效提高了CdS的可见光吸收效能，因而可有效提高复合材料的光催化性能。三、花状介孔CdS-ZnO复合材料的光催化性能图4为CdS以及CdS-ZnO的光催化效率。在图4中可以看到，花状CdS的光催化能力强于单一CdS。当引入氧化锌后，由于形成的异质结构增强了复合材料的光电子传输速率，较高的比表面积也有效增加了反应活性位点。因此花状介孔CdS-ZnO表现出优异的光催化效率。CdS以及CdS-ZnO光催化有机物降解实验：准确配制10mg·L-1的RhB溶液，移取50mLRhB溶液于石英反应器中，随后向加入50mg光催化剂，在黑暗条件下磁力搅拌1h，使RhB分子在催化剂表面和溶液中达到吸附-脱附平衡；然后打开200W的模拟可见光源，在冷却水循环条件下使反应体系温度维持在25℃左右。在光催化实验的进程中每隔相同时间取约4mL的样品于离心试管中，离心分离上清液，用UV-2550型可见分光光度计测定离心液在λmax＝554nm处的吸光度，并根据反应后清液中RhB的浓度和初始浓度的变化，计算光催化剂对RhB的去除率，采用的计算公式如下：式中，η%为RhB的去除率，C0为RhB的初始浓度；C为光催化反应后RhB的浓度。测试结果：光照25min后，单一CdS对于RhB的去除率为55~60%；CdS-ZnO对RhB的去除率为80~90%。附图说明图1为本专利技术制备的三维花状CdS在60℃下干燥后的扫描电镜图。图2为本专利技术制备的三维花状CdS-ZnO在60℃下干燥以及热处理后的扫描电镜图。图3为本专利技术制备的三维花状CdS以及CdS-ZnO紫外吸收谱图。图4为本专利技术制备的单一CdS、花状CdS、1:0.5、1:1、1:1.5ZnO掺杂量的花状介孔CdS-ZnO光催化对比图。具体实施方式下面通过具体实例对本专利技术花状介孔结构CdS-ZnO的制备、性能等作进一步说明。实施例1（1）三维花状CdS的制备将1mmoL乙酸镉和3mmoL硫脲加入50mL去离子水中搅拌使其溶解，在此过程中缓慢加入事先配置好的0.01mmoL/mL的L-天冬氨酸溶液20mL，继续搅拌30min形成均一溶液，接着将均一溶液转移到100mL反应釜中，180℃反应4h，沉淀物通过离心，乙醇和蒸馏水洗涤数次，产物在干燥箱60℃干燥12h，得到三维花状CdS。（2）花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备将2mmol尿素和1mmol乙酸锌在10ml乙醇-水混合液中（7ml乙醇和3ml水）超声分散形成均一的尿素-乙酸锌悬浮液；将1mmol干燥的花状CdS超声分散于无水乙醇中得到黄色悬浮液，并置于80℃油浴中回流，同时将上述尿素-乙酸锌悬浮液一半逐滴加入油浴体系中，搅拌60min后，缓慢滴加另一半尿素-乙酸锌悬浮液，继续保持80℃油浴回流5h，产物离心，乙醇与蒸馏水洗涤，干燥箱干燥12h，继续在管式炉氮气保护下200℃煅烧2h得到花状介孔CdS-ZnO复合材料。CdS-ZnO中CdS-与ZnO的摩尔量比为1:1，CdS-ZnO对RhB的去除率为61.5%。实施例2（1）三维花状CdS的制备：同实施例1。（2）花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备将3mmol尿素和1.5mmol乙酸锌在10ml乙醇-水混合液中（7ml乙醇和3ml水）超声分散形成均一的尿素-乙酸锌悬浮液；将1mmol干燥的花状CdS超声分散于无水乙醇中得到黄色悬浮液，并置于80℃油浴中回流，同时将上述尿素-乙酸锌悬浮液一半逐滴加入油浴体系中，搅拌60min后，缓慢滴加另一半尿素-乙酸锌悬浮液，继续保持80℃油浴回流5h，产物离心，乙醇与蒸馏水洗涤，干燥箱干燥12h，继续在管式炉氮气保护下200℃煅烧2h得到花状介孔CdS-ZnO复合材料。CdS-ZnO中CdS-与ZnO的摩尔量比为1:1.5，CdS-ZnO对RhB的去除率为81.3%。实施例3（1）三维花状CdS的制备：同实施例1。（2）花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备将4mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种花状介孔结构CdS‑ZnO复合材料的制备方法，包括以下工艺步骤：三维花状CdS的制备将乙酸镉和硫脲按1:2 ~1:3的摩尔比溶解于去离子水中，再加入L‑天冬氨酸溶液，继续搅拌20~30min形成均一溶液，然后于180±5℃反应4~6h；沉淀物通过离心，乙醇和蒸馏水洗涤，干燥，得到三维花状CdS；（2）花状介孔CdS‑ZnO的制备将尿素和乙酸锌按超声分散与乙醇‑水混合液中形成均一的尿素‑乙酸锌悬浮液；将干燥花状CdS超声分散于无水乙醇中得到黄色CdS悬浮液，再将CdS悬浮液置于油浴中，于80~90℃加入上述尿素‑乙酸锌‑悬浮液，继续保持80~90℃油浴回流6~7h，产物离心，乙醇与蒸馏水洗涤，真空干燥，然后在氮气保护下煅烧碳化，得到花状介孔CdS‑ZnO。

【技术特征摘要】
1.一种花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备方法，包括以下工艺步骤：三维花状CdS的制备将乙酸镉和硫脲按1:2~1:3的摩尔比溶解于去离子水中，再加入L-天冬氨酸溶液，继续搅拌20~30min形成均一溶液，然后于180±5℃反应4~6h；沉淀物通过离心，乙醇和蒸馏水洗涤，干燥，得到三维花状CdS；（2）花状介孔CdS-ZnO的制备将尿素和乙酸锌按超声分散与乙醇-水混合液中形成均一的尿素-乙酸锌悬浮液；将干燥花状CdS超声分散于无水乙醇中得到黄色CdS悬浮液，再将CdS悬浮液置于油浴中，于80~90℃加入上述尿素-乙酸锌-悬浮液，继续保持80~90℃油浴回流6~7h，产物离心，乙醇与蒸馏水洗涤，真空干燥，然后在氮气保护下煅烧碳化，得到花状介孔CdS-ZnO。2.如权利要求1所述花状介孔结构CdS-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，尿素-乙酸锌悬浮液分步加入到CdS悬浮液中：先加入一半，搅拌50~60min，再加入剩余的尿素-乙酸锌分散液，继续搅保...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫尊理，高虎虎，牛小慧，郭瑞斌，李振亮，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62