[發明專利]介孔CdS/TiO2孔道內植入C60的可見光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310683378.1
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103691455A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 李貴生;徐鵬鵬;王文超;崔瑩瑩;李和興
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J35/10;C01B3/04
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明屬于光催化劑技術領域，涉及一種新型的可見光催化劑及其制備方法，具體為用溶劑揮發誘導自組裝（Evaporation?Induced?Self-Assembly?，EISA）和離子交換（Ion-exchange）方法合成的C60植入介孔CdS/TiO₂孔道內的光催化劑。

背景技術

氫能來源廣泛，被學者認為是21世紀最有潛力的替代能源，可以解決當前人類社會所面臨的能源危機問題。在眾多的制氫方法中，利用太陽能多相光催化分解水制氫技術因其能直接利用太陽能且體系簡單，日益受到廣泛關注。TiO₂基納米材料因其高效無毒、價廉易得等特點成為廣泛研究和應用的光催化材料。由于TiO₂對可見光的利用率低給應用帶來了很大局限，因而有大量的研究集中在對TiO₂基材料進行摻雜、復合、改性等。通常非金屬摻雜可以提高TiO₂的光催化效率，但是非金屬摻雜可能會導致光化學性能不穩定。

C60是一種新型碳材料，由于具有獨特的π電子結構、較小的電子轉移重組能和強的親和性等而成為重要的電子受體。C60自被發現以來引起了人們的大量研究，其中不乏對其光電性質的研究。但將其與光催化劑結合分析其對光催化劑的改性作用的研究還很少。當C60與半導體接觸時，能夠接收來自半導體的光生電子，從而提高半導體光生電子-空穴對的分離效率。因此，將C60引入到半導體表面上有望代替Pt等貴金屬助催化劑提高半導體的光催化活性。

由于介孔材料屬于納米材料領域的范疇，因而介孔TiO₂除具有納米材料的一些特性外，還有高比表面積、有利于反應底物和產物較快擴散、易于再生和回收等優點之外，其表面富含羥基，吸附水的能力增強，從而在光解水制氫中有利于提高TiO₂的光催化效率。因而，介孔TiO₂作為良好的宿主材料為在其孔道內復合異質組分合成新型的功能型復合體材料以提高光催化效率提供了可能。

發明內容

本發明目的在于制備一種新的高效、穩定的可見光驅動的光催化劑，即是在有序介孔硫族化合物（CdS）/TiO₂的孔壁骨架中植入量子點C60，這種催化劑不會堵塞孔道，破壞材料的介孔結構，同時還可以大大提高這種多孔復合材料吸收光子的量子效率，提高光催化效能。

本發明的原理在于利用溶劑揮發誘導自組裝技術，選擇C60光生電子捕獲劑與合適的氧化物（CdO）預先植入介孔TiO₂骨架當中，構建具有C60量子點修飾的氧化物負載介孔TiO₂前驅體，然后用一定濃度的硫化鈉溶液浸泡上述C60植入的介孔復合體材料，通過離子交換的過程得到C60修飾的介孔CdS/TiO₂復合催化劑材料。

本發明所提供的介孔CdS/TiO₂孔道內植入C60新型可見光催化劑，其特征在于：具有有序的介孔結構，其比表面積為90.2m²/g，孔容為0.0646cm³/g，孔徑為2.87nm左右。

本發明的具體技術方案為：

一種介孔CdS/TiO₂孔道內植入C60的可見光催化劑的制備方法，具體包括如下步驟：

（1）在室溫下，將表面活性劑加入到揮發性有機溶劑中，攪拌均勻使充分溶解，形成溶液A；

（2）在溶液A中添加的Cd(NO₃)₂·4H₂O和C60溶液，攪拌均勻；

（3）再向溶液A中滴加鈦源，繼續攪拌0.5h；

（4）將溶液轉移到培養皿中，在40℃條件下烘干四天；

（5）將烘焙過的培養皿在400℃下焙燒得到C60量子點修飾的有序介孔結構的CdO/TiO₂；

（6）采用離子交換的方法，將（5）得到的樣品加入到Na₂S溶液中，室溫下攪拌6h，離心、洗滌、烘干后即可得到我們所需的催化劑。

步驟（1）所述的表面活性劑為P123，F127，CTAB的一種或幾種，優選F127；所述的揮發性溶劑為甲苯、乙醇、乙腈等揮發性有機溶劑的一種或幾種，優選乙醇。

步驟（2）所述的C60溶液為C60的甲苯、丙酮、四氯化碳、二甲苯溶液中的一種或幾種，優選C60的甲苯溶液。