[發明專利]具有可見光響應的硫化鋅鎘光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200910069463.2
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101590413A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 宋立民
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J37/03;B01D53/86;B01D53/44;B01D53/64;C02F1/30;C02F1/32;C02F1/58;C02F1/62;C02F101/30;C02F101/20
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技術領域

本發明涉及一種光催化劑，特別是涉及一種具有可見光響應的光催化劑。

本發明還涉及上述催化劑的制備方法。

本發明還涉及上述催化劑的用途。

背景技術

近年來人們在納米尺寸的半導體材料的光催化氧化反應的活性方面進行了大量的研究，但是由于光生電荷的快速復合導致這種光催化反應的量子效率極低。硫化鎘是一種十分重要的具有可見光響應性能的半導體材料，其禁帶寬度只有約2.42eV，這也使得它能夠高效的吸收利用太陽能。在過去的兒十年中，硫化鎘已被廣泛用于可見光下光催化分解水制氫以及光催化降解水或空氣中有機、無機污染物的研究中。然而，作為一種光催化劑硫化鎘在應用中也存在光催化量子效率較低的問題。為了提高硫化鎘的光催化量子效率，科研作者做出了許多探索，如：通過控制形貌來達到改變硫化鎘納米顆粒的表面結構；將硫化鎘顆粒負載于Nafion膜上以期得到均勻分散的量子尺寸的硫化鎘納米顆粒；摻雜過渡金屬離子；以及將兩種半導體復合以期達到光生電荷的有效分離，從而提高材料的量子效率。

硫化鋅也是重要的寬禁帶半導體材料，其禁帶寬度分別為3.72eV和3.77eV，具有非線性光學性質、發光性質、量子尺寸效應及其它重要的物理化學性質等。根據文獻報道硫化鋅納米材料及其復合材料已展示了其廣闊的應用前景，尤其是作為優秀的光催化材料已經被實驗研究所證實。

本專利結合硫化鎘和硫化鋅的優勢，采用共沉淀法制備了三元雙金屬硫化物硫化鋅鎘，以解決硫化鎘光催化量子效率低的問題。

發明內容

本發明的意義在于提供一種具有可見光響應的光催化劑，這種硫化鋅鎘光催化劑，既能有效的被可見光激發，又能保持良好的穩定性和較高的催化活性，同時制備工藝簡單、成本低廉。

本發明提供的光催化劑是由硫化鋅鎘組成，其特征在于該催化劑是由硫化鋅鎘組成。鋅離子和鎘離子的摩爾比為0.1～1∶1，硫化鋅鎘粒子直徑在5個納米到10微米之間。

本發明的具有可見光響應的硫化鋅鎘光催化劑的制備方法如下：

(1)按鋅離子和鎘離子的摩爾比為0.1～1∶1稱取一定量的可溶性鋅鹽和鎘鹽，將其溶入一定量的乙二醇溶液中，攪拌均勻后轉移至250ml三口瓶中，逐步加熱到100℃。

(2)稱取一定量的可溶性硫化物于100ml燒杯中，加入一定量的乙二醇溶液，在磁力攪拌器下攪拌均勻。

(3)將(2)滴加到(1)中，滴加過程中溶液漸漸變成淺黃色懸濁液，最后變成橙黃色懸濁液，滴加完畢后升溫至110～160℃繼續保持10～180min。

(4)反應結束后將得到的懸濁液靜置一段時間，倒去上層清液，用蒸餾水洗滌剩余固體3～5次，以去除多余的雜質離子和剩余乙二醇，抽濾后在60℃下真空干燥12h得到橙色晶體，研磨成粉體以備用。

本發明中可溶性硫化物為硫化鈉、硫代乙酰胺和硫脲。本發明的具有可見光響應的光催化劑可用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有機污染物和重金屬離子的光催化處理。

以下具體說明本發明的效果。在可見光輻射下降解亞甲基藍的光催化活性測試具體方法和條件如下：

催化劑的光催化氧化活性是在自制的光催化反應器中進行。采用300W氙燈(λ＞420nm)為輻射光源，反應液為250mL?10mg·L^-1的亞甲基藍水溶液，催化劑加入量為0.4g。在劇烈的攪拌下每隔一定時間抽取少量反應液，在665nm處測定溶液吸光度。再根據亞甲基藍的濃度-吸光度標準曲線確定溶液濃度。

具體實施方案

實施方案1

將0.003mol的乙酸鋅和0.003mol的氯化鎘溶于41.67ml乙二醇中，攪拌均勻后轉入250ml三口瓶中，并升溫至100℃；再將0.006mol的硫化鈉溶于20.34ml的乙二醇中，然后將硫化鈉溶液逐滴加入到鋅鎘溶液中，滴加完畢后，再升溫至120℃，保持60min，最后將得到的沉淀收集、抽濾，用蒸餾水洗滌數次后在60℃真空干燥12h得到催化劑。

實施方案2

將實施方案1中的硫化鈉變為硫代乙酰胺，其它條件不變。

實施方案3

將實施方案1中的硫化鈉變為硫脲，其它條件不變。

實施方案4

將實施方案1中的氯化鎘變為乙酸鎘，其它條件不變。

實施方案5

將實施方案1中的反應溫度變為110℃，其它條件不變。

實施方案6

將實施方案1中的反應溫度變為140℃，其它條件不變。

實施方案7