一种复合半导体光催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种复合半导体光催化剂及其应用，涉及光催化材料领域。所述光催化剂，采用如下方法制备：制备前驱体溶液；将所述前驱体溶液、分散剂和溶剂混合，于20-50℃搅拌反应0.5-5h，除去溶剂，得到凝胶；将所述凝胶先在氮气保护下进行处理，然后经研磨、酸洗涤、水洗涤、干燥得到所述复合半导体光催化剂。本发明专利技术还提供所述复合半导体光催化剂在有机污染物降解和水分解制氢方面的应用。本发明专利技术光催化剂，缩短了CdS和TiO2之间的传递距离，减缓CdS表面的光腐蚀速率，不仅可以提高CdS在TiO2表面的分散效果，而且延长了CdS使用寿命的同时，又提高了CdS的光催化活性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的目的是提供一种复合半导体光催化剂及其应用，涉及光催化材料领域。所述光催化剂，采用如下方法制备：制备前驱体溶液；将所述前驱体溶液、分散剂和溶剂混合，于20-50℃搅拌反应0.5-5h，除去溶剂，得到凝胶；将所述凝胶先在氮气保护下进行处理，然后经研磨、酸洗涤、水洗涤、干燥得到所述复合半导体光催化剂。本专利技术还提供所述复合半导体光催化剂在有机污染物降解和水分解制氢方面的应用。本专利技术光催化剂，缩短了CdS和TiO2之间的传递距离，减缓CdS表面的光腐蚀速率，不仅可以提高CdS在TiO2表面的分散效果，而且延长了CdS使用寿命的同时，又提高了CdS的光催化活性。【专利说明】一种复合半导体光催化剂及其应用
本专利技术涉及光催化材料领域，具体涉及复合半导体光催化剂及其应用。
技术介绍
随着石油、煤、天然气等化石能源的日益匮乏，开发清洁、低廉、可再生能源成为研究的热点。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，利用太阳能进行光催化产氢，一直是光催化领域的研究热点之一。光催化剂是一种将太阳能转换为化学能的半导体材料。科研工作者对许多半导体光催化剂光催化性能的基础进行了研究，如Ti02、Cu2S, ZnS、NiFe204、CdS, Bi2S3、CoFe04、CoO/CdS和CdS/Ti02等。在众多光催化剂中，CdS和Ti02由于其独特的优势而备受关注。由于Ti02具有优异的化学稳定性、环境友好和价格低廉等优势，因此，Τ?02 一直都是光催化领域的研究热点之一。由于Ti02的禁带宽度比较大(3.2 eV)，只能在紫外光下才能进行光催化分解水制氢，因此，纯Ti02进行光催化产氢无实际意义。CdS的禁带宽度为2.4 eV左右，并且具有优异的可见光响应特性。大量研究结果表明，虽然CdS具有一定的光催化活性，但是，CdS容易发生光腐蚀现象，而且光催化产氢活性低、易于团聚等缺陷，极大地限制其在光催化领域的应用。为了解决CdS存在的缺陷，科研工作者在改善CdS的光腐蚀和光催化产氢活性等方面进行了大量的研究工作。目前，CdS改性的方法主要有:①负载贵金属(元素或者离子)掺杂改性；③载体负载(如CdS负载在分子筛上)等，但改性后的效果都不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复合半导体光催化剂，缩短了 CdS和TiO2之间的传递距离，减缓CdS表面的光腐蚀速率，不仅可以提高CdS在TiO2表面的分散效果，而且延长了 CdS使用寿命的同时，又提高了 CdS的光催化活性。本专利技术的另一目的是提供复合半导体光催化剂在有机污染物降解和水分解制氢方面的应用。一种复合半导体光催化剂，采用如下方法制备: (O将交联剂和钛酸四乙酯混合，在70-100°C条件下反应5_15h，得到二氧化钛前驱体；在溶剂中，将所述二氧化钛前驱体和镉盐在20~80°C下反应2~7 h，除去溶剂，得到前驱体溶液； (2)将所述前驱体溶液、分散剂和溶剂混合，于20-501:搅拌反应0.5-5 h，除去溶剂，得到凝胶； (3)将所述凝胶先在氮气保护下进行处理，然后经研磨、酸洗涤、水洗涤、干燥得到所述复合半导体光催化剂；所述在氮气保护下进行处理的方法具体如下:200°C~250°C热处理3 h ~10 h，300 °C~ 350 °C 焙烧 3 h ~10 h，400 °C~450 °C 下焙烧 3 h ~10 h，450°C~500 °C下焙烧3 h~10 h。所述交联剂为巯基乙醇、巯基丙醇、巯基丁醇中的任一种或两种以上。所述镉盐为无水亚硫酸镉、无水氯化镉、无水溴化镉、无水磷酸镉、无水亚磷酸镉、无水次磷酸镉、无水硫酸镉、无水乙酸镉、无水油酸镉、无水草酸镉、结晶亚硫酸镉、结晶氯化铺、结晶漠化铺、结晶憐酸铺、结晶亚憐酸铺、结晶次憐酸铺、结晶硫酸铺、结晶乙酸铺、结晶油酸镉、结晶草酸镉中的任一种或两种以上。步骤(I)中交联剂和钛酸四乙酯质量比为(0.001?90): (0.001?50);所述镉盐与交联剂的质量比为:(0.001?70):1。步骤(I)中所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、甲基戊醇、羧甲基纤维素钠、纤维素衍生物、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸类、脂肪族聚乙二醇酯、聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类中的任一种或两种以上。步骤(2)中所述前驱体溶液和分散剂的质量百分比为(0.001?90): (0.001?20)。步骤(2)中搅拌的转速为20-60 r/min。所述蒸馏脱除乙醇的方法为:蒸馏温度为40-100 °C、压力为-0.01?-0.1 Mpa0所述复合半导体光催化剂在有机污染物降解和水分解制氢方面的应用。本专利技术复合半导体光催化剂，其钛原子与巯基醇分子中的醇羟基结合的同时，巯基醇分子中的巯基与镉离子相结合。由于钛原子和镉原子分别存在于同一个巯基醇分子的两端，因此，CdS在TiO2表面将具有更好的分散。由于所制备的CdS/Ti02光催化剂具有很好的分散性，因此，本专利技术复合半导体光催化剂在可见光下，可以有效提高电子和空穴的分离效率，缩短CdS和TiO2之间的传递距离，将会具有更优异的光催化产氢活性。本专利技术复合半导体光催化剂中CdS吸收可见光并受激发产生电子和空穴，CdS价带上产生的空穴可转移到Ti02表面上，使CdS表面避免被空穴氧化，减缓了 CdS的光腐蚀速率，延长了 CdS使用寿命；同时，CdS导带上产生的自由电子留在CdS表面，还原水产生h2。通过这种复合可以有效提高CdS表面的电子和空穴分离效率，从而，提高CdS/Ti02的光催化产氢活性。本专利技术复合半导体光催化剂制备过程中，首先制备钛酸四巯基丁酯，可以有效提高TiO2的分散性，可以有效阻止TiO2颗粒的团聚，有利于降低TiO2颗粒的粒径，增大TiO2粉末的比表面积；在反应过程中添加分散剂，可以有效提高CdS和TiO2分散性，降低CdS和TiO2的团聚现象，有利于提高CdS在TiO2表面的分散性，最终实现提高CdS/Ti02的光催化产氢活性。去除乙醇，目的是使溶胶发生凝胶化，控制凝胶化速度，有助于降低CdS和TiO2的团聚现象，有利于控制CdS和TiO2的颗粒粒径，提高CdS/Ti02的光催化产氢活性；在氮气保护下，采用程序控温的焙烧方式，200 0C -300 °C焙烧3?10 h，300 °C? 400 °C下焙烧3?10 h，400 °C? 480 °C下焙烧3?10 h，目的为了提高CdS和Ti02结晶度的同时，提高CdS在Ti02有表面的分散度，最终提高CdS/Ti02的光催化产氢活性。【专利附图】【附图说明】图1是实施例1制备的光催化剂的X射线衍射(XRD )图。图2是实施例1制备的光催化剂的扫描电子显微镜图(SEM图)。图3是采用实施例1中光催化剂催化产氢曲线图。【具体实施方式】实施例1 将钛酸四乙酯与巯基丁醇按照质量比为33:67混合，在70°C反应5 h，减压蒸馏(温度40 °C，压力-0.1 Mpa)除去乙醇，得到钛酸四巯基丁醇(二氧化钛前驱体);将钛酸四巯基丁醇、无水乙酸镉与无水乙醇按照质量比为20:41.6:38.4混合，在30°C反应2 h，经减压蒸馏除去乙醇(温度40 1:，压力-0.1 Mpa)，得到前驱体溶液。将前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合半导体光催化剂，采用如下方法制备：（1）将交联剂和钛酸四乙酯混合，在70?100℃条件下反应5?15h，得到二氧化钛前驱体；在溶剂中，将所述二氧化钛前驱体和镉盐在20～80℃下反应2～7?h，除去溶剂，得到前驱体溶液；（2）将所述前驱体溶液、分散剂和溶剂混合，于20?50?℃搅拌反应0.5?5?h，除去溶剂，得到凝胶；（3）将所述凝胶先在氮气保护下进行处理，然后经研磨、酸洗涤、水洗涤、干燥得到所述复合半导体光催化剂；所述在氮气保护下进行处理的方法具体如下：200℃～250℃热处理3?h～10?h，300?℃～350?℃焙烧3?h～10?h，400?℃～450?℃下焙烧3?h～10?h，450?℃～500?℃下焙烧3?h～10?h。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余旺旺，卢南，
申请(专利权)人：南京工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：