一种光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于光催化剂技术领域，具体涉及一种光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂及其制备方法。通过硫化锌对Mn

【技术实现步骤摘要】
一种光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于光催化纳米材料
，涉及一种光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]在现代经济与社会快速发展的同时，环境污染与能源危机问题日渐严峻。不断增长的能源需求和环境问题加速了对新型可持续绿色能源技术开发的积极研究。自从Fujishima和Honda在1972年率先在光活性半导体催化剂上演示光电催化分解水以来，人们一直致力于开发能够收集太阳能并将其转化为化学能的高效光催化剂。在过去几十年中，已经开发了各种光催化剂，包括金属氧化物、金属硫化物和有机聚合物。其中，硫化镉由于其窄带隙(2.4eV)和相对较高的催化性能而受到广泛关注。然而，由于载流子的快速复合以及光腐蚀问题，硫化镉的氢气生成活性受到严重限制。各种由硫化镉和其它半导体组成的固溶体由于其相似的晶体结构而被开发出来以克服上述问题。
[0003]硫化物基材料因其合适的导带边缘和窄的带隙而被认为是光催化产氢的良好选择。其中，硫化物固溶体(如ZnIn2S4、CuInS2和Zn1‑
x
Cd
x
S)因其可调节的带隙宽度和优越的可见光制氢性能而广受欢迎。一种新型的三元固溶体硫化锰镉(Mn
x
Cd1‑
x
S)已用于光催化制氢。尽管硫化锰镉在光催化制氢方面有很大的潜力，但仍有很大的改进空间。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本专利技术的目的是提供一种光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂及其制备方法。本专利技术通过硫化锌对Mn
0.3
Cd
0.7
S进行原位离子交换修饰，使硫化锌纳米球负载在硫化锰镉纳米棒表面，制备的光催化剂在可见光照射下表现出显著增强的产氢效能，该催化剂可应用于可见光光催化领域。
[0005]上述光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将Mn
0.3
Cd
0.7
S超声分散在去离子水中，形成混悬液；将乙酸锌溶液缓慢添加到上述混悬液中，再搅拌使Mn
0.3
Cd
0.7
S与乙酸锌混合均匀，得混合物；将混合物转移到油浴锅中密封并加热至反应完全，离心收集产物，去离子水和乙醇洗涤，60℃下干燥，即得硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂(ZnS/Mn
0.3
Cd
0.7
S)。
[0007]进一步地，Mn
0.3
Cd
0.7
S在混悬液中的质量浓度为5～10mg/ml；优选7～9mg/ml。
[0008]进一步地，乙酸锌与Mn
0.3
Cd
0.7
S的摩尔百分比为0.1mol％～2mol％；优选0.1mol％～1mol％，更优选1mol％。
[0009]进一步地，加热反应的温度为50℃～70℃；优选55℃～65℃；更优选60℃。
[0010]进一步地，加热反应时间为3h～5h；优选3.5h～4.5h；更优选4h。
[0011]进一步地，加热反应的温度为60℃，加热反应时间为4h。
[0012]本专利技术的ZnS/Mn
0.3
Cd
0.7
S复合光催化剂用于光催化水解产氢，具体的，用于可见光
催化水解产氢。
[0013]进一步的，本专利技术的催化剂用于光催化水产氢的方法是将ZnS/Mn
0.3
Cd
0.7
S复合光催化剂分散在水中，得悬浮液；将硫化钠和亚硫酸钠作为牺牲剂加入到悬浮液中，进行光催化产氢反应。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的制备方法简单易行，且制备条件容易控制，所制备的ZnS/Mn
0.3
Cd
0.7
S复合光催化剂光解水产氢的最高产氢速率可达82.34mmol/g/h，是Mn
0.3
Cd
0.7
S的6.4倍；且经4次循环后仍具有91.3％的催化活性，具有良好的稳定性能。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例1和对比例1制备得到的硫化锰镉、硫化锌、硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂的X射线衍射图；
[0016]图2是本专利技术实施例1制备得到的1mol％硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂的扫描电镜图；
[0017]图3是本专利技术实施例1制备得到的不同比例硫化锰镉的产氢效果图；
[0018]图4是本专利技术实施例1和对比例1制备得到的硫化锰镉、硫化锌、硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂的产氢效果图；
[0019]图5是本专利技术实施例1制备得到的1mol％硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂的光催化产氢实验循环图。
具体实施方式
[0020]现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。
[0021]实施例1
[0022](1)硫化锰镉(Mn
x
Cd1‑
x
S(0≤x≤1))的制备：
[0023]将20mmol乙酸镉(Cd(CH3COO)2·
2H2O)溶于30ml乙二胺溶液中，搅拌0.5小时；然后加入25mmol硫代乙酰胺(TAA)，使之充分溶解并不断搅拌至完全混合均匀；然后在反应釜中200℃加热24小时，反应结束后，冷却离心洗涤，烘箱60℃干燥24小时后收集得到粉末产物，制得CdS。
[0024]将20mmol的乙酸锰(Mn(CH3COO)2·
4H2O)溶于30ml去离子水中，搅拌0.5小时；然后加入25mmol硫代乙酰胺(TAA)，使之充分溶解并不断搅拌至完全混合均匀。然后在反应釜中200℃加热24小时，反应结束后，冷却离心洗涤，烘箱60℃干燥24小时后收集得到粉末产物，分别制得MnS。
[0025]将2mmol的乙酸锰(Mn(CH3COO)2·
4H2O)溶于30ml去离子水，18mmol乙酸镉(Cd(CH3COO)2·
2H2O)溶于30ml乙二胺溶液中，搅拌0.5小时后混合；然后将25mmol硫代乙酰胺(TAA)加入混合溶液中，使之充分溶解并不断搅拌至完全混合均匀。然后在反应釜中200℃加热24小时，反应结束后，冷却离心洗涤，烘箱60℃干燥24小时后收集得到粉末产物，制得Mn
0.1
Cd
0.9
S。
[0026]将6mmol的乙酸锰(Mn(CH3COO)2·
4H2O)溶于30ml去离子水，14mmol乙酸镉(Cd
(CH3COO)2·
2H2O)溶于30ml乙二胺溶液中，搅拌0.5小时后混合；其他步骤同Mn
0.1
Cd
0.9
S的制备，收集得到粉末产物为Mn
0.3
Cd
0.7
S。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂，其特征在于，所述光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂是通过硫化锌对Mn
0.3
Cd
0.7
S进行原位离子交换修饰，使硫化锌纳米球负载在硫化锰镉纳米棒表面获得。2.权利要求1所述的光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于，将Mn
0.3
Cd
0.7
S超声分散在去离子水中，形成混悬液；将乙酸锌溶液添加到混悬液中，再搅拌使Mn
0.3
Cd
0.7
S与乙酸锌混合均匀，得混合物；将混合物转移到油浴锅中密封并加热至反应完全，离心收集产物，去离子水和乙醇洗涤，60℃下干燥，即得硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂。3.根据权利要求2所述的光解水产氢的硫化锌/硫化锰镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于，Mn
0.3
Cd
0.7
S在混悬液中的质量浓度为5～10mg/ml。4.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠玉，王莉，马亭，徐松，梁倩，周满，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：