一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种ZnS‑CdS‑TaON复合光催化剂及其制备方法，以TaON纳米粉末、镉盐、锌盐和C2H5NS为原料。本发明专利技术制备工艺简单，可重复性好，得到的ZnS‑CdS‑TaON复合光催化剂在紫外和可见光区都具有较强的光吸收，不使用任何贵金属助催化剂仍可得到较高的光催化活性，具有良好的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂及其制备方法
本专利技术属于光催化剂领域，特别涉及一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂及其制备方法。
技术介绍
尽管TiO2、Ta2O5和ZnO等氧化物半导体在光催化应用方面已经取得了很大的突破，但大部分氧化物半导体的带隙较宽(＞3.0eV)，只能吸收紫外光，这一特性限制了它们的实际应用。由于N2p轨道比O2p轨道能级高，氧氮化物或氮化物可以明显提升其在可见光区的吸收范围，是一种很好的可见光响应光催化材料。TaON的带隙值较窄(2.5eV)，吸收边可达500nm左右，且导带和价带位置都适合水的全分解，其理论太阳能氢能转换效率可达9.3％，是一种很有潜力的光解水材料。但TaON在光照情况下，容易被自身产生的空穴氧化发生光腐蚀，很难单独使用。构建复合光催化剂可以有效的改善半导体的催化性能，因此大量研究工作致力于TaON复合光催化的制备，包括ZrO2-TaON、CdS-TaON、MoS2-CdS-TaON和Ni(OH)2-TaON等。然而迄今为止还未见有关ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂稳定性好，光催化活性高。本专利技术提供了一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂，所述复合光催化剂由质量比为90:2～8:2～8的TaON、CdS和ZnS组成。本专利技术还提供了一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的制备方法，包括：将TaON纳米粉末加入到C2H5NS溶液中，超声搅拌混合均匀，油浴加热至80～100℃，然后加入镉盐溶液和氨水保温反应，再加入锌盐溶液和氨水保温反应，反应结束后自然冷却至室温，离心、清洗烘干，得到ZnS-CdS-TaON复合光催化剂。所述C2H5NS溶液的浓度为11.4～14.4g/L。所述镉盐为Cd(NO3)2·4H2O；镉盐溶液的浓度为21.4～85.4g/L。所述锌盐为Zn(CH3COO)2·2H2O；锌盐溶液的浓度为22.5～90.1g/L。所述C2H5NS溶液、镉盐溶液和锌盐溶液的溶剂均为体积比1:1～4的乙醇水混合溶剂。所述镉盐溶液和锌盐溶液中还包括PVP，PVP的浓度为20～60g/L。所述氨水的浓度为6～18wt％，每次添加量为1～3mL。所述保温反应时间均为1～3h；反应全程设有回流装置。所述清洗为采用水和乙醇清洗。有益效果本专利技术制备方法简单，易于操作，可重复性强；与纯TaON相比，所制备的ZnS-CdS-TaON复合光催化剂在紫外和可见光区都具有较强的光吸收，稳定性好，光催化活性高；在模拟太阳光AM1.5照射下分解水，不负载任何贵金属助催化剂，仍可得到较高的产氢量，具有良好的市场应用前景。附图说明图1为实施例1制备的ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的SEM图；图2为实施例1制备的ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的HRTEM图；图3为实施例1和实施例2制备的ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的UV-visDRS光谱图；图4为实施例1和实施例2制备的ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的制氢速率图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)将0.3353gC2H5NS溶于10mL乙醇和15mL水的混合溶剂中得到13.4g/L的溶液A；将1.0676gCd(NO3)2·4H2O与1gPVP溶于10mL乙醇和15mL水的混合溶剂中，得到42.7g/L的镉盐溶液B；将1.6896gZn(CH3COO)2·2H2O与1gPVP溶于10mL乙醇和15mL水的混合溶剂中，得到67.6g/L的锌盐溶液C；本实施例中PVP的浓度为40g/L。(2)将0.45gTaON纳米粉末加入溶液A中，超声搅拌混合均匀置于100mL三口烧瓶中，油浴加热至90℃，将1mL溶液B和2mL浓度为12wt％的氨水加入到烧瓶中保温2h。继续加入1mL溶液C和2mL浓度为12wt％的氨水保温2h后自然冷却至室温。离心分离产物，水和乙醇清洗烘干，得到ZnS-CdS-TaON复合光催化剂。本实施例中TaON、CdS和ZnS的质量比为90：4：6，制得的样品命名为6％ZnS-CdS-TaON。图1为6％ZnS-CdS-TaON样品的SEM图，由图可知，众多ZnS和CdS纳米颗粒覆盖在TaON表面，使其变得粗糙。图2为6％ZnS-CdS-TaON样品的HRTEM图，由图可知，ZnS和CdS以量子点形式存在，且结晶性良好。实施例2(1)将0.3604gC2H5NS溶于12.5mL乙醇和12.5mL水的混合溶剂中得到14.4g/L的溶液A；将0.5338gCd(NO3)2·4H2O与1.5gPVP溶于12.5mL乙醇和12.5mL水的混合溶剂中，得到21.4g/L的镉盐溶液B；将2.2528gZn(CH3COO)2·2H2O与1.5gPVP溶于12.5mL乙醇和12.5mL水的混合溶剂中，得到90.1g/L的锌盐溶液C；本实施例中PVP的浓度为60g/L。(2)将0.45gTaON纳米粉末加入溶液A中，超声搅拌混合均匀置于100mL三口烧瓶中，油浴加热至100℃，将1mL溶液B和3mL浓度为6wt％的氨水加入到烧瓶中保温1h。继续加入1mL溶液C和3mL浓度为6wt％的氨水保温1h后自然冷却至室温。离心分离产物，水和乙醇清洗烘干，得到ZnS-CdS-TaON复合光催化剂。本实施例中TaON、CdS和ZnS的质量比为90：2：8，制得的样品命名为8％ZnS-CdS-TaON。图3为实施例1和实施例2所得样品的UV-visDRS光谱图，由图可见6％ZnS-CdS-TaON样品和8％ZnS-CdS-TaON样品在紫外光区和可见光区都具有较强的光吸收。图4为实施例1和实施例2所得样品的光解水产氢速率图(具体催化反应条件：模拟太阳光AM1.5为光源，催化剂100mg，溶液为100mL0.35mol/L的Na2S和0.25mol/L的Na2SO3水溶液)，由图可得6％ZnS-CdS-TaON样品的产氢速率为839.6μmol/h/g，8％ZnS-CdS-TaON样品产氢速率为261.6μmol/h/g。实施例3(1)将0.2851gC2H5NS溶于5mL乙醇和20mL水的混合溶剂中得到11.4g/L的溶液A；将2.1352gCd(NO3)2·4H2O与0.5gPVP溶于5mL乙醇和20mL水的混合溶剂中，得到85.4g/L的镉盐溶液B；将0.5632gZn(CH3COO)2·2H2O与0.5gPVP溶于5mL乙醇和20mL水的乙醇混合溶剂中，得到22.5g/L的锌盐溶液C；本实施例中PVP的浓度为20g/L。(2)将0.45gTaON纳米粉末加入溶液A中，超声搅拌混合均匀置于100mL三口烧瓶中，油浴加热至80℃，将1mL溶液B和1mL浓度为18wt％的氨水加入到烧瓶中保温3h。继续加入1mL溶液C和1mL浓度为18wt％的氨水保温3h后自然冷却至室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZnS‑CdS‑TaON复合光催化剂，其特征在于：所述复合光催化剂由质量比为90:2～8:2～8的TaON、CdS和ZnS组成。

【技术特征摘要】
1.一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂，其特征在于：所述复合光催化剂由质量比为90:2～8:2～8的TaON、CdS和ZnS组成。2.一种如权利要求1所述的ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的制备方法，包括：将TaON纳米粉末加入到C2H5NS溶液中，超声搅拌混合均匀，油浴加热至80～100℃，然后加入镉盐溶液和氨水保温反应，再加入锌盐溶液和氨水保温反应，反应结束后自然冷却至室温，离心、清洗烘干，得到ZnS-CdS-TaON复合光催化剂。3.根据权利要求2所述的一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述C2H5NS溶液的浓度为11.4～14.4g/L。4.根据权利要求2所述的一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述镉盐为Cd(NO3)2·4H2O；镉盐溶液的浓度为21.4～85.4g/L。5.根据权利要求2所述的一种ZnS-CdS-TaON复合光催化剂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青红，安琳，王宏志，李耀刚，侯成义，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31