一种具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于光催化剂技术领域，公开了一种具有表面Cu、S双缺陷位点的Cu

【技术实现步骤摘要】
一种具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化剂
，尤其涉及一种具有表面Cu、S双缺陷位点的Cu
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光催化剂、制备方法及其在光催化还原CO2领域的应用。

技术介绍

[0002]目前，光催化还原CO2技术为“双碳”背景下去解决能源危机提供了一种有效策略。光催化技术的核心是光催化剂，近年来，CuS作为一种传统光催化剂已经在光催化领域展现出其独特的优势。为了进一步CuS光催化剂的催化性能，科研工作者开始设计一系列的改性策略。目前可通过掺杂其他元素、贵金属沉积、构建异质结结构等方法提升CuS光催化剂的活性，如Bi/CuS金属沉积光催化剂、CuS/Cu9S5异质结光催化剂、Ni
‑
CuS元素掺杂光催化剂等。但上述改性CuS光催化剂表面暴露反应活性位点数量较少，不利于大幅改善CuS的光催化活性。随着研究的深入，缺陷工程被认为是一种通过在光催化剂表面构建缺陷位点进而为光催化反应提供更多活性位点的有效策略。针对CuS催化剂，目前可通过控制反应参数调节Cu元素和S元素的比例制备非化学计量比的含有表面Cu缺陷的CuS基光催化剂，如Cu
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S、Cu9S5等。或者使用还原试剂构建含表面S缺陷的CuS基光催化剂，如CuS1‑
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等。这两种策略虽然都能够在CuS光催化剂表面构建单一类型的阳离子缺陷或者阴离子缺陷，但是单一种类的缺陷作为暴露的活性位点仍然具有一定的局限性。因此，寻找简便、有效的改性手段使硫铜基光催化剂具有高光催化活性是一个光催化领域的重要研究课题。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有提高CuS光催化剂活性的策略中，金属沉积成本较高，会限制其大规模的工业化应用。离子掺杂后的CuS光催化剂不利于载流子分离，且稳定性较差；异质结光催化剂的合成方法繁琐，不具备工业化应用前景。
[0005](2)通过缺陷工程改性的CuS光催化剂表面暴露出单一种类的阳离子或阴离子缺陷仍然存在反应活性位点数量少的问题，限制其光催化活性的提升。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种具有表面Cu、S双缺陷位点的Cu
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光催化剂、制备方法及其在光催化还原CO2领域的应用，所制备的Cu
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光催化剂同时具有表面Cu缺陷和S缺陷，能够为光催化还原CO2提供更多的活性位点。
[0007]为了实现以上技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)在搅拌条件下，将含一定量铜元素的化合物溶于一定量的乙二醇中，得到乙二醇溶液；
[0010](2)将一定量的十六烷基溴化铵和乌洛托品加入至步骤(1)得到的乙二醇溶液中，得到混合物a；
[0011](3)将一定量的硫代乙酰胺加入至步骤(2)得到的混合物a中，搅拌一段时间，得到混合物b；
[0012](4)将步骤(3)得到的混合物b倒入反应釜中，在一定温度下水热反应一段时间后将反应产物取出清洗；
[0013](5)将清洗后的反应产物干燥，得到具有表面Cu、S双缺陷位点的Cu
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光催化剂。
[0014]进一步地，步骤(1)中含一定量铜元素的化合物选自二水氯化铜，所述的二水氯化铜的添加量为1mmol；溶解1mmol二水氯化铜的乙二醇的添加量为20～40mL，包括20mL、30mL或40mL，优选为40mL。
[0015]进一步地，步骤(2)中所述的十六烷基溴化铵的添加量为100～400mg，包括100mg、200mg、300mg或400mg，优选为300mg。
[0016]进一步地，步骤(2)中所述的乌洛托品的添加量为100～400mg，包括100mg、200mg、300mg或400mg，优选为300mg。
[0017]进一步地，步骤(3)中所述的硫代乙酰胺的添加量为1～2mmol，包括1mmol、1.5mmol或2mmol，优选为1.5mmol。
[0018]进一步地，步骤(3)中的搅拌时间为1～3h，包括1h、2h或3h，优选为2h。
[0019]进一步地，步骤(4)中所述的温度为160～200℃，包括160℃、180℃、或200℃，优选为180℃；水热反应时间为12～48h，包括12h、24h或48h，优选为24h。
[0020]进一步地，步骤(5)中所述的反应产物在烘箱中进行干燥，干燥时间为7～15h，优选为12h；干燥温度为60～80℃，包括60℃、70℃或80℃，优选为70℃。
[0021]本专利技术的目的在于提供一种具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂，所述的光催化剂为改性结构的硫铜基光催化剂，比表面积为100～120m2g
‑1。
[0022]本专利技术的另一目的在于提供一种具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂的应用，所述的具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂用于光催化还原CO2。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：
[0024](1)本专利技术采用水热法制备的具有表面Cu、S双缺陷位点的Cu
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光催化剂，得到的催化剂催化活性优于CuS光催化剂。本专利技术提供的具有表面双缺陷位点的Cu
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光催化剂的比表面积为100～120m2g
‑1，比表面积的增大暴露了更多的Cu和S双活性位点，提高了催化剂的催化活性。本专利技术所制备的光催化剂能在光照下激发出更多的光生电子，Cu和S双活性位点的存在大大降低了电子
‑
空穴复合率，光催化活性明显提高，特别是光催化还原CO2具有很高的活性，而且制备方法简单、条件温和，达到降低成本、简化生产流程的目的，可应用于光催化还原CO2。
[0025](2)本专利技术优化了该类光催化剂的制备工艺，达到了降低成本、简化生产流程的目的。
[0026](3)本专利技术所述光催化剂具有表面Cu、S双活性位点，提高了光催化活性。
[0027](4)使用本专利技术所述光催化剂还原CO2，在模拟太阳光的光辐照下，能够在12h的光催化还原CO2反应中得到149.04μmol g
‑1的CH4，大幅提高了光催化性能。
[0028](5)本专利技术采用无毒组分，减少了对人体健康和生态环境的危害。
[0029](6)本专利技术制备得到的光催化剂不需要添加其他化学试剂以及其他的制备后处
理，方法简单。
[0030](7)本专利技术所制备的具有表面双缺陷位点的Cu
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光催化剂比表面积更大，具有更高的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在搅拌条件下，将含一定量铜元素的化合物溶于一定量的乙二醇中，得到乙二醇溶液；(2)将一定量的十六烷基溴化铵和乌洛托品加入至步骤(1)得到的乙二醇溶液中，得到混合物a；(3)将一定量的硫代乙酰胺加入至步骤(2)得到的混合物a中，搅拌一段时间，得到混合物b；(4)将步骤(3)得到的混合物b倒入反应釜中，在一定温度下水热反应一段时间后将反应产物取出清洗；(5)将清洗后的反应产物干燥，得到具有表面Cu、S双缺陷位点的Cu
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光催化剂。2.根据权利要求1所述的具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中含一定量铜元素的化合物选自二水氯化铜，所述的二水氯化铜的添加量为1mmol；溶解1mmol二水氯化铜的乙二醇的添加量为20～40mL。3.根据权利要求1所述的具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的十六烷基溴化铵的添加量为100～400mg。4.根据权利要求1所述的具有表面Cu、S双缺陷位点的光催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：代玮东，石晛，盛剑平，孙艳娟，董帆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：