Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂及其压电光催化产H2的应用制造技术

技术编号：40382147 阅读：7 留言：0更新日期：2024-02-20 22:19

本发明专利技术属于压电光催化剂领域，具体涉及一种Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂及其压电光催化产H2的应用。首先合成Mn0.5Cd0.5S，再合成Cu7S4，最后采用浸渍法制备Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4异质结复合催化剂。该催化剂在太阳光照射和超声波振动协同作用下，用于压电光催化产H2。本发明专利技术催化剂合成简单，绿色无污染，操作性强。所制备的催化剂具有丰富的活性位点和优异的稳定性，不产生二次污染等特点。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压电光催化剂领域，具体涉及一种mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂及其压电光催化产h2的应用。

技术介绍

1、近年来，由于经济发展和人口的增长，能源匮乏和环境问题已经引起广泛的关注，因此发展可持续清洁能源就尤为重要。在众多能源中，氢能因其能量高且绿色环保等优点备受关注。自1972年藤岛和本田发现使用半导体的光电化学水分解反应以来，光催化作为光子能量转换和环境修复的技术之一取得了迅速进展。在过去几十年，已经发现了多种光催化剂，例如金属氧化物、金属硫化物、有机聚合物等，而cds因其合适的导带和价带位置引起极大的关注，然而严重的光腐蚀现象和光生载流子快速复合限制了cds的大规模应用。

2、mnxcd1-xs固溶体因其带隙可控，并且光催化活性和耐腐蚀性优于cds，因此具有很大的应用前景。例如专利cn 110586137 a公开了一种含有mn0.5cd0.5s和au负载型光催化剂的制备方法，所制备的催化剂具有更高的光催化活性和稳定性。专利cn 108855138 a公开了一种z型结构mn0.5cd0.5s/ag/bi2wo6复合型光催化剂及其制备方法，所制备的催化剂降低了光生电子和光生空穴的复合速率，提高了量子效率和光催化活性。但是上述催化剂制备方法繁琐，能耗大，并且用了贵金属，成本较高。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂，并且将其应用于压电光催化产h2，具有更高的催化活性，更强的耐腐蚀性。

<p>2、本专利技术提供的mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂，其制备方法为：

3、(1)mn0.5cd0.5s的制备：

4、将mn(ch3coo)2·4h2o和cd(ch3coo)2·2h2o以摩尔比1：1溶解在蒸馏水中，搅拌30min，使其充分溶解，再加入硫代乙酰胺c2h5ns(taa)，继续搅拌使其混合均匀，然后将混合液转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，反应釜于160℃的烘箱中放置24h，反应结束后，冷却至室温，将反应釜中的固体用去离子水和无水乙醇洗涤三次，60℃干燥过夜，即可得到橙色的mn0.5cd0.5s(简称：mcs)粉末。

5、(2)cu7s4的制备：

6、将cu(no3)2·6h2o溶解在乙二胺溶液中，搅拌20min，使其充分分散，之后再加入硫脲，搅拌30min，然后将混合液转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，反应釜于120℃的烘箱中放置2h，反应结束后，冷却至室温，将反应釜中的固体用去离子水和无水乙醇洗涤三次，60℃干燥过夜，即可得到黑色的cu7s4粉末。

7、其中，cu(no3)2·6h2o和硫脲的摩尔比为1:1。

8、(3)mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂的制备：

9、将mn0.5cd0.5s催化剂和cu7s4催化剂溶于去离子水中，进行超声、搅拌。室温下过滤、洗涤、干燥，最终得到橙色粉末，即为mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂。cu7s4的加入质量是mn0.5cd0.5s质量的1％～7％。

10、其中，超声功率为240w，超声时间1h，搅拌速度400r/min，搅拌4h。

11、上述方法制备的复合催化剂用于压电光催化产氢，其具体应用方法为：称取mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂，加入到水中，超声均匀分散，然后加入na2s、na2so3水溶液作为牺牲剂，通n2，在超声和光照的共同条件下进行密封产h2。

12、超声功率为240w，光照的功率为55w。

13、mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂在水中的用量为2mg～5mg/18ml。

14、本专利技术具有的优点：

15、(1)本专利技术提供的mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂，其合成条件简单、易于操作，具有快速高效、节能环保等特点。

16、(2)cu7s4的引入没有改变mn0.5cd0.5s的晶体结构，没有出现其他衍射峰，表明mn0.5cd0.5s/cu7s4复合材料具有优异的结晶度和纯度。

17、(3)mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂在光催化、压电催化和压电光协同作用下产h2，其中在压电光的共同条件下的催化性能最佳，是纯mn0.5cd0.5s催化剂的2.9倍。

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【技术保护点】

1.一种Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂，其特征在于，所述催化剂由Mn0.5Cd0.5S和Cu7S4复合形成异质结结构，其中，Cu7S4为Mn0.5Cd0.5S质量的1-7％。

2.如权利要求1所述的Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂，其特征在于，Mn0.5Cd0.5S的制备方法为：将Mn(CH3COO)2·4H2O和Cd(CH3COO)2·2H2O按照1：1的摩尔比溶解在蒸馏水中，搅拌30min，使其充分溶解，再加入硫代乙酰胺继续搅拌使其混合均匀，然后将混合液转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于160℃的烘箱中放置24h，反应结束后，冷却至室温，将反应釜中的固体用去离子水和无水乙醇洗涤三次，60℃干燥过夜，得到橙色的Mn0.5Cd0.5S粉末。

3.如权利要求1所述的Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂，其特征在于，Cu7S4的制备方法为：将Cu(NO3)2·6H2O溶解在乙二胺溶液中，搅拌20min，使其充分分散，再加入硫脲，搅拌30min，然后将混合液转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于120℃的烘箱中放置2h，反应

4.如权利要求3所述的Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂，其特征在于，Cu(NO3)2·6H2O和硫脲的摩尔比为1:1。

5.一种如权利要求1所述的Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将Mn0.5Cd0.5S和Cu7S4溶于水中，进行超声、搅拌后过滤、洗涤、干燥，得到Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂。

6.如权利要求5所述的Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂的制备方法，其特征在于，超声功率为240W，超声时间1h，搅拌速度400r/min，搅拌4h。

7.一种如权利要求1所述的Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂在光催化产H2中的应用，其特征在于，将Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂加入到水中，分散均匀，然后加入Na2S和Na2SO3水溶液作为牺牲剂，接着通N2在超声和光照条件下进行光催化产H2。

8.如权利要求7所述的Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂在光催化产H2中的应用，其特征在于，Mn0.5Cd0.5S/Cu7S4复合催化剂在水中的用量为2mg～5mg/18mL，超声功率为240W，光照采用55W氙灯模拟的太阳光。

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【技术特征摘要】

1.一种mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂，其特征在于，所述催化剂由mn0.5cd0.5s和cu7s4复合形成异质结结构，其中，cu7s4为mn0.5cd0.5s质量的1-7％。

2.如权利要求1所述的mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂，其特征在于，mn0.5cd0.5s的制备方法为：将mn(ch3coo)2·4h2o和cd(ch3coo)2·2h2o按照1：1的摩尔比溶解在蒸馏水中，搅拌30min，使其充分溶解，再加入硫代乙酰胺继续搅拌使其混合均匀，然后将混合液转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于160℃的烘箱中放置24h，反应结束后，冷却至室温，将反应釜中的固体用去离子水和无水乙醇洗涤三次，60℃干燥过夜，得到橙色的mn0.5cd0.5s粉末。

3.如权利要求1所述的mn0.5cd0.5s/cu7s4复合催化剂，其特征在于，cu7s4的制备方法为：将cu(no3)2·6h2o溶解在乙二胺溶液中，搅拌20min，使其充分分散，再加入硫脲，搅拌30min，然后将混合液转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于120℃的烘箱中放置2h，反应结束后，冷却至室温，将反应釜中的固体用去离子水和无水乙醇洗涤三次，60℃干燥过夜，得到黑色的cu7s4粉末。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马江权，赵刚，李楠，赵凯，吴怡，张世瑞，付文华，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：

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