[發明專利]一種Zn0.8Cd0.2S和石墨烯復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310289371.1
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103316694A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 鄭偉濤;王新偉;田宏偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C02F1/30
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域：

本發明涉及一種可見光響應的光催化劑復合材料制備的技術領域。具體涉及到使用溶劑熱方法在石墨烯這種支撐材料表面，沉積顆粒大小均一、分散均勻的納米Zn_0.8Cd_0.2S顆粒的復合催化劑制備技術。

背景技術：

隨著經濟的快速發展，能源緊缺與環境污染問題日益突出，將光催化技術作為一種綠色能源技術應用于環境污染等方面引起了科學家們的廣泛關注。新型高效光催化材料是發展與應用光催化技術的關鍵之一。但是，大部分光催化材料禁帶寬度較大，光催化反應需要較高的能量激發，可見光下光催化反應活性并不理想，且穩定性不強，開發具有高效可見光效應與光催化效率的光催化材料具有十分重要的戰略意義。

三元硫化物Zn_xCd_1-xS(X≤1)的能帶間隙相對較窄，化學穩定較好，被認為是一種理想的可見光催化劑。Zn_0.8Cd_0.2S具有較高的光催化性能，也已被證實（Zhang?J,Yu?JG,Jaroniec?M,Gong?JR..Nano?Lett2012;12:4584-9；Wang?DH,Wang?L,Xu?AW.Nanoscale2012;4:2046-53.）。但是，由于純的ZnCdS顆粒較大，在制備過程中容易發生團聚，因而降低了其表面積，使其吸附性能下降，光生電子和空穴不能有效分離，限制了其光催化活性。迄今為止，人們通過摻雜金屬或金屬氧化物的方法來提高其光催化活性（Xu?X,Lu?RJ,Zhao?XF,Zhu?Y,Xu?SL,Zhang?FZ.Appl?Catal?B:Environ2012;125:11-20；Li?WJ,Li?DZ,Meng?SG,Chen?W,Fu?XZ,Shao?Y.Environ?Sci?Technol2011;45:2987-93.）。

石墨烯(graphene)是新型二維碳納米結構，具有高的比表面積、化學穩定性、吸附性能以及優異的電子輸運性能。研究表明，石墨烯可以作為電子輸運介質提高半導體中光生電子的遷移速率，降低載流子的復合幾率，提高材料的光催化活性。因此，通過石墨烯與半導體三元硫化物Zn_0.8Cd_0.2S復合，制備一種具有高效可見光效應能力與光催化活性的新型復合光催化劑材料。

發明內容：

本發明要解決的技術問題在于，從以上背景出發，提出一種新型的制備可見光響應的光催化劑材料的方法。特別是一種制備Zn_0.8Cd_0.2S/石墨烯復合催化劑的方法。

首先以氧化石墨烯（其所帶氧官能團易與半導體納米粒子復合）、二水醋酸鋅和二水醋酸鎘作為反應基材，二甲基亞砜作為反應溶劑，磁力攪拌混合后，移入反應釜在一定反應溫度、時間條件下，一步合成。通過該方法，Zn_0.8Cd_0.2S納米顆粒均勻分布在石墨烯上，且引入石墨烯有效抑制納米顆粒的團簇，增大其比表面積。所制備的Zn_0.8Cd_0.2S/石墨烯復合催化劑呈現寬的可見光響應，高的光催化活性和穩定性。

本發明的技術方案概括如下：

以氧化石墨烯作為初始承載材料，以二水醋酸鋅和二水醋酸鎘作為制備Zn_0.8Cd_0.2S納米顆粒的先驅體，二甲基亞砜作為硫源和還原劑；首先，對二水醋酸鋅和二水醋酸鎘進行摩爾配比，均勻混合移入二甲基亞砜溶劑中，在強烈磁力攪拌混合后形成溶液A。將不同含量的氧化石墨烯分別加入溶液A，形成一系列的溶液B。溶液B在強烈磁力攪拌混合后移入反應釜，在一定反應溫度、時間后，實現石墨烯與Zn_0.8Cd_0.2S納米顆粒的復合。最后，反應產物經真離心、洗滌、真空干燥、研磨后，獲得粉體的復合光催化劑。

本發明中Zn_0.8Cd_0.2S/石墨烯復合光催化劑的制備，采用溶劑熱技術制備可見光響應的Zn_0.8Cd_0.2S/石墨烯復合光催化劑。其特征為：在還原性二甲基亞砜溶劑（硫源）中，氧化石墨烯被還原成石墨烯，Zn_0.8Cd_0.2S被形成，同時Zn_0.8Cd_0.2S/石墨烯的復合也一步完成。

具體的制備過程分為以下步驟：