一種CdS-Aux光催化劑的制備方法技術

本申請提出一種制備CdS?Aux光催化劑的方法，包括如下步驟：(1)硫源溶液和鎘源溶液以水熱合成法制得CdS納米晶粒；(2)金源溶液中加入巰基配合物，制得金納米團簇分散液；(3)CdS納米晶粒超聲分散制得懸濁液，并加入金納米團簇分散液，通過納米自組裝將所述金納米團簇結合到CdS上，即得CdS?Aux復合催化劑。與現有技術相比，本發明專利技術具有以下優點：能夠提高CdS的光催化活性，可有效抑制CdS的光腐蝕，可以同時提高CdS的光催化活性和光穩定性；純液相濕法合成，制備工藝簡單，反應條件溫和，能耗低、易于規模化推廣應用。

【技術實現步驟摘要】
復合金納米團簇抑制硫化鎘光腐蝕的方法及其制備方法
本專利技術涉及光催化材料制備
，具體涉及一種復合金納米團簇抑制硫化鎘光腐蝕的方法及其制備方法。
技術介紹
CdS是一種良好的窄帶半導體(2.4eV)，對可見光有優異的光電轉化性能，被廣泛用于光敏材料、光催化劑和太陽能電池等光電領域。但CdS光穩定性差，在光激發下容易發生自腐蝕，極大降低了光電轉化的效率，大大限制了它的應用。此外，因光腐蝕將部分光生電荷用于氧化或還原半導體自身，降低了光生電荷的利用效率，并且破壞了半導體的本體結構，向水體或空氣中引入有毒的重金屬離子(Cd2+)、硫氧化物和氮氧化物等污染物，帶來二次污染。因此如何有效的抑制半導體的光腐蝕，是一個非常重要的研究課題。研究者對半導體光腐蝕抑制也進行了很多研究，主要是通過添加犧牲劑，用光穩定的材料涂層或包覆光腐蝕半導體。添加犧牲劑并沒有從本質上抑制催化劑的光腐蝕，而是利用犧牲劑優先地消除光生電子或空穴，使半導體本身得到保護。該方法成本高，易引入二次污染，使其實際應用價值大大受限[Chem.Rev.,2010,110,6503-6570]。除此之外，抑制光腐蝕主要的思路是用薄層穩定的半導體或惰性材料對光腐蝕半導體進行包覆，避免其與反應物或氧源直接接觸，從而抑制其光腐蝕。CN104923261A(專利申請號201510246053.6)提出了一種用原子層沉積技術在CdS表面包覆的保護層(如：TiO2、ZnO、Al2O3、AZO等)，可延長CdS的光催化壽命。CN103920504A(專利申請號201410157431.9)提出了一種用TiO2包裹CdS形成樹枝形中空CdS@TiO2，可使CdS具有良好的穩定性，有效避免了CdS產生的光腐蝕現象。CN103979523B(專利申請號201410174513.4)將CdS填充到碳納米管中，可提高其活性和光穩定性。但是這些方法操作難度大，很難做到完全無孔的包覆，并且包覆層容易過厚，降低半導體的光吸收和電荷傳輸效率，減弱了半導體的光催化性能。而半導體光腐蝕是因其受光激發產生的電子或空穴將自身氧化或還原所致，若及時地將光生電子和空穴從半導體上轉移可從根本上抑制其光腐蝕。朱永法等用聚苯胺[J.Phys.Chem.C2010,114,5822–5826]和C3N4[EnergyEnviron.Sci.,2011,4,2922–2929]與CdS復合，CdS上的光生空穴轉移到聚苯胺和C3N4上，從而有效抑制了它們因空穴氧化所致的光腐蝕。因而快速地轉移光腐蝕半導體上的光生電荷是一條抑制其光腐蝕的有效途徑。Au納米團簇是由幾個到幾百個金原子堆積形成的小顆粒，擁有良好的可見光吸收性能，P.V.Kamat等[J.Am.Chem.Soc.,2013,135,8822-8825]將Aux-GSH納米團簇用作TiO2基太陽能電池的可見光敏化劑。在可見光激發下，Au納米團簇HOMO基態的電子被激發至LUMO，然后再注入到TiO2的導帶，實現了和CdS敏化電池相當的能量轉化效率(高達2.3％)。隨后他們將Au納米團簇用作粉末TiO2光催化劑的敏化劑[J.Am.Chem.Soc.,2014,136,6075-6082]，在中性水中實現了高效的可見光催化分解水產氫。H.García等[J.Am.Chem.Soc.,2011,133,595–602]將平均粒徑1.87nm的Au納米團簇沉積到TiO2上，以AgNO3作為電子捕獲劑，在可見光下實現了高效穩定的光催化氧化水產氧反應。由此可見，Au納米團簇在光催化氧化和還原反應中都擁有很好的光穩定性。此外，通過調節金屬納米團簇的尺寸、組成和配體等可對其能級帶隙進行調變。J.H.Bang等[J.Am.Chem.Soc.,2016,138,390–401]在Au納米團簇敏化TiO2基太陽能電池過程中，通過調控Au納米團簇的尺寸，對其能級帶隙進行調變，并在優化尺寸的Au納米團簇敏化TiO2基太陽能電池上實現了高達3.8％的能量轉化效率。Y.Negishi等[Chem.Commun.,2010,46,4713–4715]通過Ag摻雜對Au納米團簇的電子結構進行了連續的調節。綜上所述，Au納米團簇擁有良好的光穩定性和能級帶隙靈活可調的獨特性能，可作為一種良好的提高半導體光活性和抑制光腐蝕的復合材料。但是，目前面臨著如何將金納米團簇材料與經典的光催化材料復合制備復合光催化劑并將其應用于光催化降解有機污染物領域的難題。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提出一種復合金納米團簇抑制硫化鎘光腐蝕的方法及其制備方法，該方法將CdS與具有良好光穩定性的金納米團簇復合制備得到的復合光催化劑，同時提高CdS的光催化活性和光穩定性，而且制備條件溫和、可控性強。復合金納米團簇抑制硫化鎘光腐蝕的方法，在水熱合成的CdS納米顆粒表面復合金納米團簇，制備出一種CdS復合金納米團簇的CdS-Aux光催化劑。一種制備上述所述CdS-Aux光催化劑的方法，包括如下步驟：(1)以水熱合成法制備CdS納米晶粒：硫源溶液和鎘源溶液混合均勻，所述鎘源溶液和所述硫源溶液的摩爾比為1:1～1:3，攪拌，靜置過夜，過濾，去離子水洗滌，然后將上述洗滌后物質轉入水熱釜中，加入蒸餾水，加熱晶化，過濾，干燥，即制得CdS納米晶粒；(2)金納米團簇分散液的制備：在金源溶液中加入巰基配合物，所述金源與所述巰基配合物的摩爾比為1:1～1:3，攪拌至無色，60～80℃反應20～30h，離心，過濾，洗滌，超聲分散于去離子水中，即制的金納米團簇分散液；(3)CdS-Aux復合催化劑的制備：將步驟(1)中制得的CdS納米晶粒超聲分散于去離子水中，配置成固含量為0.001～0.01g/L的懸濁液，邊攪拌邊將所述金納米團簇分散液加入所述懸濁液中，通過納米自組裝將所述金納米團簇結合到CdS上，形成CdS-Aux復合催化劑。進一步，所述鎘源溶液和所述硫源溶液均為0.01～5mol/L，將鎘源溶液滴加到硫源溶液或者硫源溶液滴加到鎘源溶液中，即制得混合均勻溶液。進一步，步驟(1)中，所述鎘源為硝酸鎘、乙酸鎘、氯化鎘和硫酸鎘中的一種或一種以上的組合物。進一步，步驟(1)中，所述硫源為硫化鈉、硫化和硫代硫酸鈉中的一種或一種以上的組合物。進一步，步驟(1)中，所述水熱釜中所述加熱溫度為120-240℃，所述晶化時間為50-96h，所述干燥溫度為50～70℃，所述干燥時間為8～15h。進一步，步驟(2)中，所述巰基配合物為L-谷胱甘肽、對巰基苯甲酸和苯乙硫醇中的任一種。進一步，步驟(2)中，所述金源溶液的濃度為0.01～0.05mol/L。進一步，步驟(2)中，所述金納米團簇分散液的質量分數為0.001～5wt％。進一步，步驟(3)中，所述金納米團簇的加入速度為20-50mL/h。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：1、能夠提高CdS的光催化活性，可有效抑制CdS的光腐蝕，即能夠同時提高CdS的光催化活性和光穩定性。本專利技術所提供的CdS納米粒子和金納米團的復合材料屬于異質結復合材料。CdS有良好的可見光吸收能力和優異的光電轉化性能。將超小尺寸的金納米團簇與之復合，可均勻的擔載在CdS上形成異質結，并且不影響CdS的光吸收。二者可同時受本文檔來自技高網...

【技術保護點】
復合金納米團簇抑制硫化鎘光腐蝕的方法，其特征在于，在水熱合成的CdS納米顆粒表面復合金納米團簇，制備出一種CdS復合金納米團簇的CdS?Au

【技術特征摘要】
1.復合金納米團簇抑制硫化鎘光腐蝕的方法，其特征在于，在水熱合成的CdS納米顆粒表面復合金納米團簇，制備出一種CdS復合金納米團簇的CdS-Aux光催化劑。2.一種制備上述所述CdS-Aux光催化劑的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)以水熱合成法制備CdS納米晶粒：硫源溶液和鎘源溶液混合均勻，所述鎘源溶液和所述硫源溶液的摩爾比為1:1～1:3，攪拌，靜置過夜，過濾，去離子水洗滌，然后將上述洗滌后物質轉入水熱釜中，加入蒸餾水，加熱晶化，過濾，干燥，即制得CdS納米晶粒；(2)金納米團簇分散液的制備：在金源溶液中加入巰基配合物，所述金源與所述巰基配合物的摩爾比為1:1～1:3，攪拌至無色，60～80℃反應20～30h，離心，過濾，洗滌，超聲分散于去離子水中，即制的金納米團簇分散液；(3)CdS-Aux復合催化劑的制備：將步驟(1)中制得的CdS納米晶粒超聲分散于去離子水中，配置成固含量為0.001-0.01g/L的懸濁液，邊攪拌邊將所述金納米團簇分散液加入所述懸濁液中，通過納米自組裝將所述金納米團簇結合到CdS上，即制得CdS-Aux復合催化劑。3.根據權利要求2所述一種CdS-Aux光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鎘源溶液和所述硫源溶液濃度均為0.01～5mol/L，將鎘源溶液滴加到硫源...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔曉峰，張曉娜，凌山，王鈞偉，高迎春，秦偉，張元廣，
申請(專利權)人：安慶師范大學，
類型：發明
國別省市：安徽,34