本发明专利技术公开了一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用。该方法包括：使用钾金属盐对生物炭进行程序控温活化得到石墨烯；将石墨烯超声分散在水中，并加入乙酸镉和硫脲充分溶解后得到混合液A，用混合液A进行水热反应得到CdS/石墨烯复合光催化剂；取CdS/石墨烯光催化剂于反应器中，加入水、乳酸和醋酸铜溶液后将反应器抽成真空，用光引发法使铜发生沉积，得到Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂。本发明专利技术提供的方法避免了因制备氧化石墨烯而使用强腐蚀性试剂，用铜代替贵金属降低了光催化剂的制备成本，由本发明专利技术得到的光催化剂在可见光下的光催化产氢速率大大增加，稳定性也得到提升。
【技术实现步骤摘要】
一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用
本专利技术属于光催化剂领域，具体涉及一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
光催化技术在杀菌消毒、污染物降解、二氧化碳还原和分解水制氢等方面的应用引起了科学工作者的关注，尤其是光催化分解水制氢是一种将太阳能转化为化学能的有效方法，且得到的氢气是一种热值高燃烧产物无污染的清洁能源。CdS是一种窄带隙（2.4eV）的无机半导体光催化剂，能利用可见光来进行光催化分解水制氢，但是单独制备的CdS容易团聚，光生电子和空穴的分离效率低，且伴随有光腐蚀，这极大的影响了它的光催化产氢效率和自身的稳定性。因此，可以通过引入石墨烯和沉积金属纳米粒子的方法来改善其光催化活性和稳定性石墨烯具有超大的比表面积（2630m2·g-1）、高导电性能（2000S·m-1）和常温下优异的载流子迁移率（200000cm2·V-1·s-1），石墨烯的引入不仅可以改善光催化剂的团聚，同时可以用作电子传输介质，使电子和空穴快速分离，以提高光生电子和空穴的分离效率。但现有石墨烯的引入都依赖于氧化石墨烯的制备，该过程涉及了浓硫酸，浓硝酸以及高锰酸钾等强腐蚀性和强氧化性的试剂的使用，这对人和环境都是不利的，并且氧化石墨烯具有较多结构缺陷会影响石墨烯的导电性能，这对促进半导体内光生电子和空穴的分离也是不利的。通过活化生物质废弃物得到高质量的石墨烯用于修饰CdS是一种代替氧化石墨烯使用的有效方式，这不仅避免了危险试剂的使用，同时能利用废弃物，降低制备成本。金属纳米颗粒可以通过表面等离子共振作用促进半导体中电子和空穴的分离，并且金属在与半导体结合后会形成肖特基结，这将促使半导体中的电子向金属表面流动，抑制电子和空穴的复合，提高半导体光催化剂的光催化活性。常用于增强CdS光催化活性的金属主要是一些高成本的贵金属（如铂、金和银），价格便宜的铜因为在制备过程中不容易得到单质而很少受到关注。能成功的将单质铜负载在CdS表面将大大的降低因使用贵金属而造成的高成本。InvestigationongrapheneandPtco-modifiedCdSnanowireswithenhancedphotocatalytichydrogenevolutionactivityundervisiblelightirradiation（MuhanCao，PeifangWang，YanhuiAo，ChaoWang，JunHouandJinQian，DaltonTransactions.2015,44(37):16372-16382）提供了一种金属铂和石墨烯共同修饰CdS的复合光催化剂的制备方法，该方法使用浓硫酸和高锰酸钾对石墨进行氧化得到氧化石墨烯，并以氧化石墨烯、硝酸镉和硫脲为原料经过水热反应得到石墨烯-CdS纳米线，再通过光还原的方法沉积金属铂，该催化剂虽然具有较高光催化效果，但过程中涉及强腐蚀性试剂的使用，对环境和人体健康造成不利影响，并且原料中H2PtCl6的成本较高，不利于光催化剂的工业化生产。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。本专利技术的目的在于提供一种光催化剂的制备方法，制备得到的光催化剂有更高的光催化效率和稳定性，同时制备过程更环保，成本也更低。本专利技术提供的一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将生物炭粉碎，过筛，得到生物炭粉末，然后将所述生物炭粉末与钾金属盐混合并研磨，得到混合物，在氮气气氛下程序升温进行活化处理，冷却至室温，得到活化产物；将所述活化产物用稀盐酸中和，离心取沉淀，将所述沉淀用去离子水和无水乙醇反复洗涤至中性，干燥，得到石墨烯；（2）在水热反应釜中将步骤（1）所述石墨烯加入水中，超声处理，得到石墨烯分散液；然后往所述石墨烯分散液中加入乙酸镉和硫脲，混合均匀，得到混合液A；（3）将步骤（2）所述混合液A升温进行水热反应，冷却至室温，洗涤，干燥，得到CdS/石墨烯复合光催化剂；（4）将步骤（3）所述CdS/石墨烯复合光催化剂置于反应器中，将去离子水、乳酸及醋酸铜溶液混合，得到混合液B，将混合液B加入反应器中，混合均匀，将反应器抽真空，然后在搅拌状态下进行全光谱灯照射处理，离心取沉淀（反应产物），用去离子水和无水乙醇反复洗涤所述沉淀，干燥，得到所述Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂。进一步地，步骤（1）所述生物炭为桉树生物炭；所述钾金属盐包括碳酸钾、碳酸氢钾和乙酸钾中的一种以上；所述生物炭与钾金属盐的质量比为1:1-1:5；所述活化处理包括：以1-5℃/min的速度加热到500-800℃，在此温度下保温1-3h；然后以1-5℃/min的速度升温到900-1100℃，在此温度下保温1-5h。优选地，步骤（1）所述活化处理包括：以1℃/min的速度加热到500℃，在此温度下保温1h；然后以3℃/min的速度升温到1100℃，在此温度下保温1h。进一步地，步骤（1）所述稀盐酸的浓度为0.1-1mol/L；所述洗涤包括：分别用水和无水乙醇反复洗涤沉淀至最后一次洗涤液呈中性。优选地，步骤（1）所述过筛的网筛目数为300。进一步地，步骤（1）所述干燥的温度为80-100℃。优选地，步骤（2）所述干燥的温度为90℃。进一步地，步骤（2）所述石墨烯分散液中的石墨烯质量分数为0.0057%-0.0867%；步骤（2）所述石墨烯和乙酸镉的质量比为1:12.5-1:200；步骤（2）所述乙酸镉和硫脲的物质的量比为1:10-1:30。优选地，步骤（2）所述石墨烯质量分数为0.0288%；步骤（2）所述石墨烯和乙酸镉质量比为1:61；步骤（2）所述乙酸镉和硫脲和水的质量比为1:25。进一步地，步骤（2）所述超声处理的时间为20-40min。优选地，步骤（2）所述超声处理的时间为30min。进一步地，步骤（3）所述水热反应的温度为160-180℃，水热反应的时间为10-14h；所述干燥的温度为80-100℃。优选地，步骤（3）所述水热反应的温度为170℃，水热反应的时间为12h；所述干燥的温度为100℃。进一步地，步骤（4）所述CdS/石墨烯复合光催化剂与醋酸铜溶液的质量体积比为1:1-1:10；所述醋酸铜溶液与混合液B的体积比为1:7-1:70；所述乳酸与混合液B的体积比为0.5:7-1.5:7；所述醋酸铜溶液的浓度为（0.5-3）mmol/L；所述全光谱灯照射处理的时间为3-5h；所述全光谱灯为紫外加强的氙灯；步骤（4）中，反应器抽真空后，真空度≥101Kpa。优选地，步骤（4）所述CdS/石墨烯复合光催化剂与醋酸铜溶液的质量体积比为2:1mg/mL；所述醋酸铜溶液与混合液B的体积比为1:14；所述乳酸与混合液B的体积比为1:7；所述醋酸铜溶液的浓度为2mmol/L。优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）将生物炭粉碎，过筛，得到生物炭粉末，然后将所述生物炭粉末与钾金属盐混合均匀，得到混合物，在氮气气氛下升温进行活化处理，冷却至室温，得到活化产物；将所述活化产物用稀盐酸中和，离心取沉淀，将所述沉淀洗涤至中性，干燥，得到石墨烯；/n（2）将步骤（1）所述石墨烯加入水中，超声处理，得到石墨烯分散液；然后往所述石墨烯分散液中加入乙酸镉和硫脲，混合均匀，得到混合液A；/n（3）将步骤（2）所述混合液A升温进行水热反应，冷却至室温，洗涤，干燥，得到CdS/石墨烯复合光催化剂；/n（4）将步骤（3）所述CdS/石墨烯复合光催化剂置于反应器中，加入水、乳酸及醋酸铜溶液混合，得到混合液B，将混合液B加入反应器中，混合均匀，将反应器抽真空，然后在搅拌状态下进行全光谱灯照射处理，离心取沉淀，洗涤所述沉淀，干燥，得到所述Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂。/n
【技术特征摘要】
1.一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将生物炭粉碎，过筛，得到生物炭粉末，然后将所述生物炭粉末与钾金属盐混合均匀，得到混合物，在氮气气氛下升温进行活化处理，冷却至室温，得到活化产物；将所述活化产物用稀盐酸中和，离心取沉淀，将所述沉淀洗涤至中性，干燥，得到石墨烯；
（2）将步骤（1）所述石墨烯加入水中，超声处理，得到石墨烯分散液；然后往所述石墨烯分散液中加入乙酸镉和硫脲，混合均匀，得到混合液A；
（3）将步骤（2）所述混合液A升温进行水热反应，冷却至室温，洗涤，干燥，得到CdS/石墨烯复合光催化剂；
（4）将步骤（3）所述CdS/石墨烯复合光催化剂置于反应器中，加入水、乳酸及醋酸铜溶液混合，得到混合液B，将混合液B加入反应器中，混合均匀，将反应器抽真空，然后在搅拌状态下进行全光谱灯照射处理，离心取沉淀，洗涤所述沉淀，干燥，得到所述Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述生物炭为桉树生物炭；所述钾金属盐包括碳酸钾、碳酸氢钾和乙酸钾中的一种以上；所述生物炭与钾金属盐的质量比为1:1-1:5；所述活化处理包括：以1-5℃/min的速度加热到500-800℃，在此温度下保温1-3h；然后以1-5℃/min的速度升温到900-1100℃，在此温度下保温1-5h。
3.根据权利要求1所述的Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述稀盐酸的浓度为0.1-1mol/L；所述洗涤包括：分别用水和无水乙醇反复洗涤沉淀至最后一次洗涤液呈中性；所述过筛的网筛目数为30...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，徐志雄，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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