[發明專利]一種載有四硫化釩的可見光催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 201410275920.4
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104069873A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 吳東方;郭威威
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C02F1/30;C01B3/06;C01B3/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及光催化領域，更具體地說，涉及一種活性成份為四硫化釩(VS₄)的可見光催化劑的制備及其應用，催化劑可以用來進行光降解有機物、光催化分解水等光催化領域研究及應用。

背景技術

自1972年研究者發現TiO₂在紫外光照下能夠將水完全分解為氫氣與氧氣以來，針對半導體光催化水分解的研究引起了廣大研究者的關注。氫能源具有熱值高(≈143kJ/g)，儲存方便，清潔環保，無毒害等眾多優勢。

在光照條件下，半導體材料外層電子被激發，從價帶躍遷到導帶，形成電子-空穴對，電子將水還原成氫氣，空穴將水氧化成氧氣。要同時產生氫氣和氧氣，則價帶電位要比氧電位稍正，而且導帶電位要比氫電位稍負，此外光激發電子-空穴對的復合與光解水是一對競爭反應，該反應的存在亦嚴重影響了光的量子效率。

然而太陽光譜中分布最多的成分集中在可見光區，因此設計在可見光區內具有高量子產率的催化劑是充分利用太陽能、降低光催化制氫成本的關鍵。而禁帶窄的半導體穩定性較差，容易因光腐蝕而失效，而部分禁帶寬度合適的催化劑又不能實現同時釋放氫氣氧氣，因而只有極其少數半導體能實現一步分解水。

研究表明，部分對太陽光有高響應的半導體，雖然不能一步實現產氫產氧，但是在特定的條件(有電子受體或電子給與體)下能夠實現高效制氫(或者制氧)；此后更提出了將兩種半導體組合使用的思想，模擬植物體光合作用的“Z-型”光催化體系，能夠同時實現制氫和制氧。與此同時，由光催化水分解制氫(制氧)半反應過程衍生出來的光催化下凈化還原性(氧化性)廢水研究也取得了很大的進展。

VS₄是一種新興半導體材料，具有很大的比表面積。其禁帶寬度約為1.0eV，對可見光有極強的響應，在特定情況下能夠進行光催化氧化還原反應。然而要將水完全分解需要約1.8eV，此外VS₄具有較強的還原性，光催化反應中形成的空穴可能將其氧化而失活，因此要將其應用于光催化分解水，需要進一步改性。

發明內容

技術問題：為提高可見光效率，本發明提出了一種載有四硫化釩的可見光催化劑及制備方法，所述催化劑以碳納米管、石墨烯或硫化銀顆粒作為模版載體，VS₄呈單斜晶型原位晶化于模版劑表面，催化劑在可見光區域表現出了良好的活性，有較高的量子效率。

技術方案：本發明的一種載有四硫化釩的可見光催化劑中，四硫化釩VS₄納米顆粒以單斜晶相存在，以石墨烯rGO、碳納米管CNTs或硫化銀Ag₂S顆粒作為模版載體，構成VS₄/rGO、VS₄/CNTs、VS₄/Ag₂S可見光催化劑，所述VS₄/rGO、VS₄/CNTs、VS₄/Ag₂S中rGO、CNTs和Ag₂S模版載體的質量分數為1.0％～10.0％。

本發明的一種載有四硫化釩的可見光催化劑的制備方法是：該催化劑通過溶劑熱法一步合成，以原釩酸鈉為釩源，硫代乙酰胺為硫源，其原料按重量計算組成為：

將原釩酸鈉和硫代乙酰胺溶解于去離子水；加入的模版劑載體，充分攪拌0.5～1.5h；轉移到高溫水熱反應釜中，140～180℃保溫12～48h，自然冷卻至室溫；將所得產物離心，用去離子水、乙醇洗滌，真空干燥，研磨得催化劑。

本發明的可見光催化劑用于可見光催化降解工業廢水、農業廢水以及光解水制氫氣反應。

有益效果：石墨烯作為模板劑，四硫化釩顆粒在其表面原位晶化；石墨烯的引入能夠有效促進光激發電子與空穴的分離，提高催化劑的量子效率。

附圖說明

圖1，為rGO、VS₄/rGO催化劑XRD圖。

具體實施方式

實施例1：可見光催化降解含甲醛廢水

按如下步驟制備催化劑：

1)稱取0.1343g碳納米管(CNTs)，分散于90mL去離子水中，超聲0.5h形成均一溶液，待用；

2)稱取2.7g十二水合原釩酸鈉和7.5g硫代乙酰胺(CH₃CSNH₂)，溶于1)所得溶液，持續攪拌0.5h；轉移到150mL高溫水熱反應釜中，150℃保溫12h，自然冷卻至室溫，