一种光催化剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种改进型光催化剂，该催化剂的组成为经煅烧处理的ＣｄＸ或含有ＣｄＸ的复合物，其中Ｘ为Ｓ、Ｓｅ或Ｔｅ。本发明专利技术还提供了一种制备本发明专利技术改进型光催化剂的方法，该方法包括步骤ａ：将ＣｄＸ或含有ＣｄＸ的复合物在含有氧气的气氛下３００－５００℃煅烧５－１８０分钟，得到所述的改进型光催化剂。本发明专利技术的催化剂可用于光降解有机污染物、光催化分解水以及染料敏化太阳能电池。本发明专利技术的催化剂相对于现有的催化剂其催化性能大幅提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光催化剂，这种催化剂的制备方法及其用途。
技术介绍
利用光催化技术治理环境污染问题(降解和矿化有机污染物)和解决能源问题 的关键是开发高催化活性的可见光响应型光催化剂，从而最大限度地利用太阳能，这也 是目前光催化材料研究中的热点。CdX(X = S、k*Te)的禁带宽度与太阳光谱重叠得 很好，因此，作为可见光响应型催化剂能够有效地利用太阳光，并已被用于光催化降解有 机污染物和光催化分解水制氢。但是，在《Prog. Inorg. Chem.》杂志1994，41 :21-144和 《J. Electrochem. Soc.))杂志 1983，130 :28-33 揭示了 由于 CdX(X = S、Se 和 Te)存在严重 的光腐蚀现象，即随着光催化反应的进行，X2_(X = S, Se和Te)被光生空穴氧化成单质X(X =S、Se和Te)，阻碍了反应的进一步进行，使得催化性能很快下降，因此，限制了其单独作 为催化剂的应用。目前，在《J. Phys. Chem. B》杂志1997，101 :5010-5017和《J. Phys. Chem.)) 杂志1985，89 :1327-1329公开了采用通过向反应体系中添加电子给体方法来抑制光腐蚀； 在《J. Phys. Chem. C》杂志 2009，113 :6327-6359 和《Chem. Commun.》杂志 2009，3452-3454 公开了与其它宽带隙的光催化剂复合抑制光腐蚀的方法；在《ht. J. HydrogenEnergy))杂 志1998，23 =427-4383公开了在CdX (X = S，Se, Te)表面沉积金属钼等方法来抑制光腐蚀， 从而提高光催化性能的方法。同时CdS做为敏化剂可用于染料敏化太阳能电池。《Appl. Phys. Lett))杂志 2007,91 :053503 和((Electrochem. Commun))杂志 2010，12 :327-330 报道 了将CdS量子点敏化TW2光阳极，并取到了较好的光电转化效率。本专利技术提出一种改进型光催化剂，这种催化剂的制备方法及应用，这种改进型光 催化剂可以抑制光腐蚀作用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种光催化剂，该催化剂可以抗光腐蚀作用，在光催化 反应中催化性能高。本专利技术的另一个目的是提供本专利技术的光催化剂的制备方法。本专利技术的再一个目的是提供一种降解有机污染物的方法，该方法使用本专利技术的光 催化剂。本专利技术的再一个目的是提供一种光催化分解水的方法，该方法使用本专利技术的光催 化剂。本专利技术的再一个目的是提供所述的光催化剂在制备染料敏化太阳能电池中的应用。本专利技术一方面提供了一种光催化剂，该催化剂的组成为经煅烧处理的CdX或含有 CdX的复合物，其中X为Sje或Te。光催化剂CdX为商品试剂分析纯或分析纯以上或采用 化学方法合成。优选地，所述的含有CdX的复合物为CdX与多孔陶瓷材料形成的复合物。优选地，所述的多孔陶瓷材料为分子筛、多孔氧化铝或二氧化钛。本专利技术另一方面还提供了一种制备本专利技术的光催化剂的方法，该方法包括步骤a: 将CdX或含有CdX的复合物在含有氧气的气氛下300-500°C煅烧5-180分钟，得到所述的光 催化剂。优选地，在;350-450°C煅烧30-120分钟。最优选地，在400°C煅烧60分钟。优选地，含有氧气气氛下的气体流速为5-800mL/min。优选地，首先将CdX与挥发溶剂混合并充分研磨再进行步骤a。更优选地，所述的挥发溶剂为乙醇。优选地，首先将CdX负载在多孔陶瓷材料上，形成含有CdX的复合物，再进行步骤3- ο优选地，CdX与多孔陶瓷材料的质量比为1 5-20。更优选地，CdX与多孔陶瓷材料的质量比为1 5-10。最优选地，CdX与多孔陶瓷材料的质量比为1 10。本专利技术再一方面还提供了一种降解有机污染物的方法，该方法使用本专利技术的光催 化剂。优选地，所述的有机污染物包括亚甲基兰、甲基橙、罗丹明B和甲基红中的一种或 多种。最优选地，所述的有机污染物为亚甲基蓝。本专利技术再一方面还提供了光催化分解水的方法，该方法使用本专利技术的光催化剂。本专利技术再一方面还提供了本专利技术的光催化剂在制备染料敏化太阳能电池中的应 用。CdX(X = S,Se和Te)作为敏化剂可以敏化宽带隙的半导体材料(如Ti02、Zn0等)，用 于染料敏化太阳能电池时，可以先将CdX负载在多孔的宽带隙半导体材料上，再进行步骤a 的方法处理。本专利技术涉及的光催化剂在光降解有机污染物上的应用，包括按照本专利技术方法制备的光催化剂；按照适用于本领域的常规方法将光催化剂、含有有机污染物的溶液和光照装置组 装光催化反应。与现有的光催化剂及处理工艺技术相比，此类处理过的光催化剂及处理工艺的特 ；J *(1)本专利技术的光催化剂的表面形成了一薄层CdO，有利于在光催化反应中的持续 进行。本专利技术煅烧处理的CdS在催化降解亚甲基兰的反应中，5小时亚甲基兰的降解率达 到95%以上；本专利技术煅烧处理的Cdk在催化降解亚甲基兰的反应中，5小时亚甲基兰的降 解率达到94%以上；本专利技术煅烧处理的CdTe在催化降解亚甲基兰的反应中，5小时亚甲基 兰的降解率达到95%以上；本专利技术煅烧处理的CdS-分子筛基催化剂在催化降解亚甲基兰 的反应中，5小时亚甲基兰的降解率达到95%以上；本专利技术煅烧处理的CdSe-多孔氧化铝基 催化剂，5小时亚甲基兰的降解率达到94%以上；本专利技术煅烧处理的CdTe-多孔二氧化钛基 复合催化剂，5小时亚甲基兰的降解率达到94%以上。4(2)采用本专利技术的光催化剂的催化性能得到大幅度的提高。(3)本专利技术所述的改进型光催化剂催化性能的处理方法中煅烧温度、时间范围、煅 烧气氛具有更大的选择性。(4)本专利技术所述的改进型光催化剂催化性能的方法具有处理工艺简便，成本低廉 的优点。附图说明图1表示经400°C煅烧不同时间的CdS样品的X-射线粉末衍射谱图。其中标记# 号的衍射峰为Cdo，其它为六方相的CdS。图2表示经400 0C煅烧30分钟的CdS样品的X-射线光电子能谱谱图。 具体实施例方式以下将结合实施例进一步描述本专利技术，以下实施例仅用于解释本专利技术，不用于限 制本专利技术，以下实施例技术方案的适当组合和变化均在本专利技术的保护范围内。在描述本专利技术的具体实施方式之前，首先介绍本专利技术所采用的光催化性能测试方 法光源为卤灯，为了保证催化实验是在可见光条件下进行的，采用截止型滤光片完 全去除420nm波长以下的光。将催化剂加入到含有一定浓度的有机污染物溶液中，不断搅 拌，在光照过程中，每间隔一定的时间取样。采用紫外可见分光光度计测定溶液的吸光度， 以确定有机污染物的降解率。有机污染物包括亚甲基兰、甲基橙、罗丹明B、甲基红等。在下面的具体实施方案中 主要以亚甲基兰为目标污染物来加以说明。在以下实施例中，煅烧氛围可以采用氧气气氛，气体流量为5-800ml/分钟，在以 下实施例中不再进一步举出。实施例1(1)将Ig商品的CdS置于玛瑙研钵中，添加乙醇充分研磨混合均勻；(2)将混勻的原料置于坩埚中，在空气气氛下进行煅烧处理(煅烧温度与时间见 下表)，自然冷却；(3)光催化实验采用的光源为500W卤灯，采用截止型滤光片完全去除4本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光催化剂，该催化剂的组成为经煅烧处理的ＣｄＸ或含有ＣｄＸ的复合物，其中Ｘ为Ｓ、Ｓｅ或Ｔｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆波，范玉尊，李冬梅，邓明晖，张全新，罗艳红，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]