[發明專利]一種復合半導體光催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201410008049.1
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103736502A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 余旺旺;盧南
• 申請（專利權）人: 南京工業職業技術學院
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;A62D3/17;C01B3/04
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 陳揚;袁靜

技術領域

本發明涉及光催化材料領域，具體涉及復合半導體光催化劑及其應用。

背景技術

隨著石油、煤、天然氣等化石能源的日益匱乏，開發清潔、低廉、可再生能源成為研究的熱點。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，利用太陽能進行光催化產氫，一直是光催化領域的研究熱點之一。

光催化劑是一種將太陽能轉換為化學能的半導體材料。科研工作者對許多半導體光催化劑光催化性能的基礎進行了研究，如TiO2、Cu₂S、ZnS、NiFe2O4、CdS、Bi₂S₃、CoFeO4、CoO/CdS和CdS/TiO₂等。在眾多光催化劑中，CdS和TiO2由于其獨特的優勢而備受關注。

由于TiO2具有優異的化學穩定性、環境友好和價格低廉等優勢，因此，TiO2一直都是光催化領域的研究熱點之一。由于TiO2的禁帶寬度比較大(3.2?eV)，只能在紫外光下才能進行光催化分解水制氫，因此，純TiO2進行光催化產氫無實際意義。

CdS的禁帶寬度為2.4?eV左右，并且具有優異的可見光響應特性。大量研究結果表明，雖然CdS具有一定的光催化活性，但是，CdS容易發生光腐蝕現象，而且光催化產氫活性低、易于團聚等缺陷，極大地限制其在光催化領域的應用。為了解決CdS存在的缺陷，科研工作者在改善CdS的光腐蝕和光催化產氫活性等方面進行了大量的研究工作。目前，CdS改性的方法主要有：①負載貴金屬；②(元素或者離子)摻雜改性；③載體負載(如CdS負載在分子篩上)等，但改性后的效果都不明顯。

發明內容

本發明的目的是提供一種復合半導體光催化劑，縮短了CdS和TiO₂之間的傳遞距離，減緩CdS表面的光腐蝕速率，不僅可以提高CdS在TiO₂表面的分散效果，而且延長了CdS使用壽命的同時，又提高了CdS的光催化活性。

本發明的另一目的是提供復合半導體光催化劑在有機污染物降解和水分解制氫方面的應用。

一種復合半導體光催化劑，采用如下方法制備：

（1）將交聯劑和鈦酸四乙酯混合，在70-100℃條件下反應5-15h，得到二氧化鈦前驅體；在溶劑中，將所述二氧化鈦前驅體和鎘鹽在20～80℃下反應2～7?h，除去溶劑，得到前驅體溶液；

（2）將所述前驅體溶液、分散劑和溶劑混合，于20-50?℃攪拌反應0.5-5?h，除去溶劑，得到凝膠；

（3）將所述凝膠先在氮氣保護下進行處理，然后經研磨、酸洗滌、水洗滌、干燥得到所述復合半導體光催化劑；所述在氮氣保護下進行處理的方法具體如下：200℃～250℃熱處理3?h～10?h，300?℃～350?℃焙燒3?h～10?h，400?℃～450?℃下焙燒3?h～10?h，450?℃～500?℃下焙燒3?h～10?h。

所述交聯劑為巰基乙醇、巰基丙醇、巰基丁醇中的任一種或兩種以上。

所述鎘鹽為無水亞硫酸鎘、無水氯化鎘、無水溴化鎘、無水磷酸鎘、無水亞磷酸鎘、無水次磷酸鎘、無水硫酸鎘、無水乙酸鎘、無水油酸鎘、無水草酸鎘、結晶亞硫酸鎘、結晶氯化鎘、結晶溴化鎘、結晶磷酸鎘、結晶亞磷酸鎘、結晶次磷酸鎘、結晶硫酸鎘、結晶乙酸鎘、結晶油酸鎘、結晶草酸鎘中的任一種或兩種以上。

步驟（1）中交聯劑和鈦酸四乙酯質量比為?(0.001～90)∶(0.001～50)；所述鎘鹽與交聯劑的質量比為：(0.001～70)：1。

步驟（1）中所述分散劑為三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、木質素磺酸鈉、甲基戊醇、羧甲基纖維素鈉、纖維素衍生物、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸類、脂肪族聚乙二醇酯、聚丙烯酸酯類、聚乙烯醇類中的任一種或兩種以上。

步驟（2）中所述前驅體溶液和分散劑的質量百分比為(0.001～90)∶(0.001～20)。

步驟（2）中攪拌的轉速為20-60?r/min。

所述蒸餾脫除乙醇的方法為：蒸餾溫度為40-100?℃、壓力為-0.01～-0.1?Mpa。

所述復合半導體光催化劑在有機污染物降解和水分解制氫方面的應用。