一种硫化镉-双助催化剂复合光催化材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种硫化镉

【技术实现步骤摘要】
一种硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于包含硫的元素或化合物的催化剂
，具体涉及一种硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]半导体光催化分解水制氢是将可再生太阳能转化为可储存化学能的一种有前途的方法。然而，其能源转换效率受到窄的光吸收、快的电荷复合、缓慢的氧化还原反应以及低的光稳定性等因素的限制。因此，为获取高的光催化效率，以下的三个先决条件是必不可缺的：1)合适的禁带宽度以吸收可见光；2)足够的氧化还原电位以驱动表面催化反应；3)快速且有效的载荷分离。
[0003]作为一个典型的可见光响应的半导体光催化剂，CdS的禁带宽度为2.4eV，并且拥有一个合适的导带位置(
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0.58V vs.NHE)，该电位能满足驱动质子还原反应的热力学条件。换句话讲，CdS满足了前面两项先决条件即合适的禁带宽度以实现可见光吸收以及足够的氧化还原电位以驱动表面催化反应。然而，光生载流子的快速复合和严重的光腐蚀阻碍了其在光催化制氢中的应用。助催化剂工程通过降低反应过电位、促进电荷转移点以及增强反应物吸附等方面的作用，成为提高CdS光催化活性以及抑制其光腐蚀的最为有效的策略之一。此外，助催化剂在光催化反应中还可以充当反应活性位点以促使光催化反应的进行。为了更有效地提取和捕获光生载流子，应该将助催化剂有选择性且紧密地负载在催化剂表面电荷捕获和反应位点上。而现阶段常用的负载助催化剂的方法通常需要高温、高压或较长的时间等较为苛刻的条件。同时，那些方法会导致助催化剂在光催化剂表面随机分布。在这种情况下，光生电子和空穴在迁移到还原和氧化反应位点之前容易发生复合。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料及其制备方法，以硫化镉纳米棒为基本半导体光催化剂和载体，采用两步光沉积的技术(实验条件温和且反应快速)制备出硫化镉
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氧化钴
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二硫化钼复合光催化材料，该复合光催化材料表现出很高的光催化分解水产氢活性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]提供一种硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料，它由硫化镉纳米棒和负载在其表面的氧化钴以及二硫化钼颗粒形成。
[0007]本专利技术还包括上述硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
[0008]1)制备硫化镉纳米棒材料：将镉源和硫源加入乙二胺中，在室温下充分搅拌直至溶解均匀，随后将所得均匀溶液转入聚四氟乙烯高压釜中进行溶剂热反应，将所得固体离心分离，洗涤，干燥，研磨得到硫化镉纳米棒材料；
[0009]2)制备硫化镉
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氧化钴复合材料：将步骤1)得到的硫化镉纳米棒材料超声分散于碘酸钠水溶液中(电子牺牲剂)，得到硫化镉分散液，随后向所得硫化镉分散液中加入硝酸钴水溶液作为钴源，充分搅拌后得到混合溶液，随后将所得混合溶液置于氙灯下光照反应(此时进行的是氧化反应，空穴将二价的钴氧化成三价的钴)，随后将反应液静置直至黄色固体完全沉淀，并将得到的沉淀物充分洗涤，干燥并研磨得到硫化镉
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氧化钴复合材料；
[0010]3)制备硫化镉
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氧化钴
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二硫化钼复合光催化材料：将步骤2)得到的硫化镉
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氧化钴复合材料超声分散于甲醇水溶液(甲醇作为空穴牺牲剂)中，随后向所得分散液中加入四硫代钼酸铵水分散液作为钼源，充分搅拌后得到混合液，随后向所得混合液中通入高纯氮气以达到厌氧条件，然后置于氙灯下光照反应(此时进行的是还原反应，光生电子将六价的钼还原成四价的钼)，随后将反应液静置至固体完全沉淀，并将得到的沉淀物充分洗涤，干燥并研磨成得到硫化镉
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氧化钴
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二硫化钼复合光催化材料。
[0011]按上述方案，步骤1)所述镉源为四水合硝酸镉或乙酸镉；所述硫源为硫脲；所述镉源中的镉元素与硫源中硫元素的摩尔比为1：3～5。
[0012]按上述方案，步骤1)所述溶剂热反应条件为：150～200℃并保温20～30h。
[0013]按上述方案，步骤2)所述碘酸钠水溶液的浓度为0.005～0.05mol/L，所述硫化镉分散液中硫化镉的浓度为0.0025～0.025mol/L，所述硝酸钴水溶液的浓度为0.01～0.1mol/L，所述硝酸钴水溶液中钴元素与硫化镉分散液中硫化镉的摩尔比为1～10：100。
[0014]按上述方案，步骤2)光照反应条件为：氙灯功率为200～400W，光照时长为3h。
[0015]按上述方案，步骤3)所述甲醇水溶液的体积百分浓度为20～30％；所述分散液中硫化镉
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氧化钴复合材料(按硫化镉摩尔量计)浓度为0.005～0.1mol/L，所述四硫代钼酸铵水分散液的浓度为0.01～0.1mol/L，所述四硫代钼酸铵水分散液中钼元素与分散液中硫化镉
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氧化钴复合材料中镉元素的摩尔比为0.5～5：100。
[0016]按上述方案，步骤3)光照反应条件为：氙灯功率为200～400W，光照时长为2h。
[0017]本专利技术还包括上述硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料在光催化分解水产氢方面的应用。
[0018]本专利技术采用光沉积方法将氧化钴和二硫化钼双助催化剂沉积在硫化镉纳米棒表面，该方法先是在电子牺牲剂(碘酸钠)的作用下，利用光照激发硫化镉半导体产生光生电子和空穴，电子被碘酸钠溶液消耗，而空穴则氧化硫化镉表面吸附的二价钴离子形成二价钴氧化物和三价钴氧化物的混合物(统称为氧化钴)，随后是在空穴牺牲剂(甲醇)的作用下，利用光照激发硫化镉半导体产生电子和空穴对，空穴被甲醇溶液所消耗，而电子则还原四硫代钼酸铵产生二硫化钼。
[0019]本申请提供的半导体光催化材料中硫化镉禁带宽度仅为2.4eV，导带电位在
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0.58V，价带电位+1.88V，因此，在光催化中可以有效吸收可见光，引入两种非贵金属的双助催化剂，其中一个是还原型的光催化剂MoS2，另外一种是氧化型的光催化剂CoOx，二者的协同作用增强硫化镉的光催化分解水产氢活性。同时光沉积法沉积助催化剂的好处是，合成方法很温和，室温室压，反应时间比较短。采用光沉积的方法，MoS2沉积的位置为硫化镉上光生电子容易富集的位置，而CoOx沉积的位置则是硫化镉上光生空穴容易富集的位置，所以实现CoOx和MoS2的定点锚定。在光催化反应过程中，氧化钴作为一种氧化助催化剂可以捕获空穴，硫化镉中产生的光生空穴会迁移到氧化钴上使钴从低价态氧化成高价态，在接
触空穴牺牲剂的过程中，空穴牺牲剂捕获其中的空穴又将钴还原成低价态，电子会迁移到二硫化钼处还原氢离子产氢，从而提高硫化镉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料，其特征在于，它由硫化镉纳米棒和负载在其表面的氧化钴以及二硫化钼颗粒形成。2.一种权利要求1所述的硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)制备硫化镉纳米棒材料：将镉源和硫源加入乙二胺中，在室温下充分搅拌直至溶解均匀，随后将所得均匀溶液转入聚四氟乙烯高压釜中进行溶剂热反应，将所得固体离心分离，洗涤，干燥，研磨得到硫化镉纳米棒材料；2)制备硫化镉
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氧化钴复合材料：将步骤1)得到的硫化镉纳米棒材料超声分散于碘酸钠水溶液中，得到硫化镉分散液，随后向所得硫化镉分散液中加入硝酸钴水溶液作为钴源，充分搅拌后得到混合溶液，随后将所得混合溶液置于氙灯下光照反应，随后将反应液静置直至黄色固体完全沉淀，并将得到的沉淀物充分洗涤，干燥并研磨得到硫化镉
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氧化钴复合材料；3)制备硫化镉
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氧化钴
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二硫化钼复合光催化材料：将步骤2)得到的硫化镉
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氧化钴复合材料超声分散于甲醇水溶液中，随后向所得分散液中加入四硫代钼酸铵水分散液作为钼源，充分搅拌后得到混合液，随后向所得混合液中通入高纯氮气以达到厌氧条件，然后置于氙灯下光照反应，随后将反应液静置至固体完全沉淀，并将得到的沉淀物充分洗涤，干燥并研磨成得到硫化镉
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氧化钴
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二硫化钼复合光催化材料。3.根据权利要求2所述的硫化镉
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双助催化剂复合光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述镉源为四水合硝酸镉或乙酸镉；所述硫源为硫脲；所述镉源中的镉元素与硫源中硫元素的摩尔比为1：3～5。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄廷敏，王升高，王戈明，邓泉荣，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：