[發(fā)明專利]CdS@TaON核殼結(jié)構(gòu)—石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法及其應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110301312.2
• 申請(qǐng)日: 2011-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102423715A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯軍剛;朱鴻民;焦樹(shù)強(qiáng);王政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 北京東方匯眾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料的制備及其在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。具體涉及CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)納米材料和CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)—石墨烯復(fù)合材料納米復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前人類所面臨的最大問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，而能源和自然環(huán)境的保障是其關(guān)鍵。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，在化石能源面臨枯竭的情況下，太陽(yáng)能因?yàn)榍鍧崯o(wú)污染、分布廣泛、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，必將在未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)中扮演重要的角色。光催化可以將低密度的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為高密度的化學(xué)能、電能，可以直接利用電子的還原能力以及空穴的氧化能力分解水制備氫氣和氧氣，更是提供了一種高效的清潔制氫的方法，是現(xiàn)今能源研究的熱點(diǎn)。

利用太陽(yáng)能光催化分解水制氫的關(guān)鍵技術(shù)是光催化劑。作為一種重要的金屬氮化物及氮氧化物，由于N的2p軌道的作用，在可見(jiàn)光區(qū)有較強(qiáng)吸收能力，可用于光催化分解水。Domen等合成了一系列氮化物或氮氧化物，其主要有Ta₃N₅（Catalysis?Today?,?2003?,?78,?555-560）、TaON（Chemical?Communications,?2003,?24,?3000）、Ge₃N₄（Journal?of?the?American?Chemical?S℃iety,?2005,?127,?4150）、(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)（Journal?of?Physical?Chemistry?B,?2005,?109,?20504）等。TaON因其特殊的能帶結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是優(yōu)良的光催化分解水制氫材料。為了有效利用太陽(yáng)光，研究在可見(jiàn)光下具有高效光催化活性的催化材料非常有意義。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于提高TaON可見(jiàn)光光催化分解水制氫主要采用貴金屬沉積、金屬離子摻雜以及復(fù)合半導(dǎo)體等方法。但因TaON自身缺陷限制了其制氫的量子效率。為了優(yōu)化TaON性能，將其與具有理想帶隙（CdS,?E_g=2.4eV），導(dǎo)帶邊H⁺/H₂電極電勢(shì)更負(fù)的CdS偶聯(lián)，是提高太陽(yáng)能利用率的有效途徑之一。同時(shí)，因TaON光激發(fā)的電子運(yùn)輸過(guò)程受阻，也制約了其量子效率。石墨烯是單層碳原子組成的二維納米結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的電導(dǎo)、導(dǎo)熱和大的比表面積等性能。利用石墨烯構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可以提高復(fù)合催化劑的光催化活性。為此，如何有效優(yōu)化TaON性能引起了廣泛的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的提供一種具有高量子效率的可見(jiàn)光光分解水產(chǎn)氫的CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)—石墨烯復(fù)合新型光催化劑及其應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)—石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1：CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)制備：

CdS與TaON的質(zhì)量比為0.?005~0.05：1?，首先將濃度1.0~1.5mmol?L^-1的Na₂S?溶液和濃度為1.0~1.5mmol?L^-1的Cd(Ac)₂·2H₂O溶液緩慢混合得到CdS溶液，將相應(yīng)質(zhì)量比的TaON納米粉末加入CdS溶液中，連續(xù)攪拌12-24小時(shí)，過(guò)濾，?加入10~25mL蒸餾水，盛放于30mL的水熱釜中，反應(yīng)條件為140~200℃，恒溫12~72小時(shí)；離心收集產(chǎn)物；水洗、醇洗各3~5次，40~60℃真空干燥12~24小時(shí)，得到CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)光催化劑；

步驟2）CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)-石墨烯復(fù)合光催化劑的制備：

將上述步驟制備得到CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)光催化劑與石墨烯以質(zhì)量比為1：0.005~0.1?配比，將稱取好的石墨烯置于乙醇中超聲分散，將稱取好CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)光催化劑加入到乙醇中攪拌；然后將二者復(fù)合體系混合，均勻攪拌12~24小時(shí)；然后將其復(fù)合體系盛放于30mL的水熱釜中，反應(yīng)條件為120~180℃，恒溫12~24小時(shí)；離心收集產(chǎn)物；水洗、醇洗各3-5次，?40~60?℃真空干燥12-24小時(shí)，得到的CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)—石墨烯復(fù)合光催化劑。

本發(fā)明的另一目的是提供上述CdSTaON核殼結(jié)構(gòu)—石墨烯復(fù)合光催化劑的應(yīng)用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化利用和環(huán)境治理；