一种硫化镉复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种硫化镉复合材料及其制备方法和应用。其硫化镉复合材料包括硫化镉纳米棒和负载在硫化镉纳米棒上的聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点。本发明专利技术在硫化镉纳米棒中引入了聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点，使得聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点负载于CdS纳米棒上。Ti3C2量子点与硫化镉纳米棒二者之间存在强相互作用，进而形成异质结，有利于光生电子的快速迁移，改善了硫化镉光催化性能。该硫化镉复合材料具有电子空穴分离率高和光催化效率高等优点，应用于可见光下光解水产氢，其析氢效率是常规硫化镉纳米棒负载Pt作为助催化剂时的5倍以上。的5倍以上。的5倍以上。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化镉复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化材料
，尤其涉及一种硫化镉复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢气(Hydrogen，H2)燃烧后的产物仅为清洁的水且其从水中又可再生出来，因此氢气被认为是一种理想的清洁能源。自从Honda与Fujishima开创了太阳能转化成氢能的研究先例，光催化还原分解水产氢有望实现能源的绿色可持续发展。随着人类社会的发展，化石能源的大量消耗，能源危机日益加重，发展新能源成为人类不得不考虑的问题。太阳能取之不尽用之不竭，将其转换为我们可以利用的化学能成为了人类的重点研究工作。
[0003]硫化镉(Cadmium sulfide，CdS)是一种重要的半导体光催化材料，尤其是CdS纳米棒，它具有较窄的带隙(约2.4eV)、合适的带隙位置、较大的长径比和优异的电荷传输效率。然而其缺陷在于CdS在受光激发后，长时间的光照会造成CdS光腐蚀，产生的光生电子和空穴容易复合，降低了其光生载流子效率，严重制约了其光催化活性。同时，当前光催化制氢采用的助催化剂常为贵金属如铂(platinum，Pt)，价格昂贵，且反应过程中不稳定，这些极大的限制了CdS光解水制氢的发展。因此，寻找一种价格较低的助催化剂，同时提升CdS光催化稳定性，对于具有高光催化活性CdS的研究，有着重要的理论意义和实际应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种硫化镉复合材料，该硫化镉复合材料具有稳定性高、电子空穴分离率高和光催化效率高的特点，应用于可见光下光解水产氢，析氢效率是其析氢效率是常规硫化镉纳米棒负载Pt作为助催化剂时的5倍以上。
[0005]本专利技术还提供了一种硫化镉复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术还提供了一种硫化镉复合材料的应用。
[0007]本专利技术的第一方面提供了一种硫化镉复合材料，所述硫化镉复合材料包括硫化镉纳米棒和负载在所述硫化镉纳米棒上的Ti3C2量子点。
[0008]本专利技术关于硫化镉复合材料中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0009]本专利技术在硫化镉纳米棒中引入了聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点，使得聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点负载于CdS纳米棒上。由于采用聚乙烯亚胺(PEI)修饰Ti3C2量子点，PEI很容易与材料表面的羟基交联和耦合，即Ti3C2量子点与硫化镉纳米棒二者之间存在强相互作用，进而形成异质结，有利于光生电子的快速迁移，改善了硫化镉光催化性能。该硫化镉复合材料具有稳定性高、电子空穴分离率高和光催化效率高的特点，其应用于可见光下光解水产氢，其析氢效率是常规硫化镉纳米棒负载Pt作为助催化剂时的5倍以上。
[0010]根据本专利技术的一些实施方式，以硫化镉复合材料总质量计算，所述聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的质量分数为1～7％。如果量子点的含量过低，载流子分离效率不明显，如
果量子点使用量超过7％，会遮掩CdS纳米棒，导致其光学吸收能力变差，影响材料的光催化活性。因此，所述聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的质量分数为1～7％效果最好。
[0011]根据本专利技术的一些实施方式，所述聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的直径为3～10nm。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，所述硫化镉纳米棒的直径为20～30nm，长度为1～1.5μm。
[0013]本专利技术的第二方面提供一种硫化镉复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]S1：将硫化镉纳米棒与聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点在溶剂中分散，得到悬浊液；
[0015]S2：将所述悬浊液冷冻干燥。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述硫化镉纳米棒的合成方法参考文献：J.S.Jang,U.A.Joshi,et al.J.Phys.Chem.C 111(2007)13280
‑
13287。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的合成方法参考Li Y,Ding L,Guo Y,et al.Boosting the photocatalytic ability of g
‑
C3N
4 for hydrogen production by Ti3C
2 MXene quantum dots.ACS applied materials&interfaces,2019,11(44):41440
‑
41447。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述硫化镉纳米棒与所述聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的质量比为100:(1～7)。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述冷冻干燥的温度为
‑
65℃～
‑
55℃。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述冷冻干燥的压力为1～10Pa。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述制备方法还包括在冷冻干燥后对产物进行研磨处理。
[0022]本专利技术的第三方面提供上述所述的硫化镉复合材料作为催化剂在光催化裂解水产氢中的应用。
附图说明
[0023]图1为实施例2制备的硫化镉复合材料的透射电子显微镜图；
[0024]图2为实施例2制备的硫化镉复合材料的高分辨透射电子显微镜图；
[0025]图3为本专利技术实施例1～5和对比例1制备的硫化镉复合材料的X射线衍射图；
[0026]图4为本专利技术实施例2和对比例1制备的硫化镉复合材料的光致发光光谱图；
[0027]图5为本专利技术实施例1～5、对比例1制备的硫化镉复合材料的阻抗图；
[0028]图6为本专利技术实施例2制备的硫化镉复合材料的量子产率图；
[0029]图7为本专利技术实施例2制备的硫化镉复合材料的稳定性图；
[0030]图8为本专利技术实施例1～5、对比例1制备的硫化镉复合材料光降解水析氢效率测试图。
具体实施方式
[0031]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0032]本专利技术所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本
常规试剂、方
法和设备。
[0033]本实施例所述的硫化镉纳米棒的具体合成方法参考文献J.S.Jang,U.A.Joshi,et al.J.Phys.Chem.C 111(2007)13280
‑
13287。
[0034]本实施例所述的聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的制备方法参考文献Li Y,Ding L,Guo Y,et al.Boosting the photocatalytic ability of g
‑
C3N
4 for hydrogen production by Ti3C2MXene qu本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化镉复合材料，其特征在于，所述硫化镉复合材料包括硫化镉纳米棒和负载在所述硫化镉纳米棒上的聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点。2.根据权利要求1所述的硫化镉复合材料，其特征在于，以硫化镉复合材料总质量计算，所述聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的质量分数为1～7％。3.根据权利要求1所述的硫化镉复合材料，其特征在于，所述聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点的直径为3～10nm。4.根据权利要求1所述的硫化镉复合材料，其特征在于，所述硫化镉纳米棒的直径为20～30nm，长度为1～1.5μm。5.根据权利要求1～4任一项所述的硫化镉复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将硫化镉纳米棒与聚乙烯亚胺修饰的Ti3C2量子点在溶剂中分散，得到悬浊液；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：许成群，李德志，刘海洋，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：