[發明專利]一種CdS/ZnFe2O4復合光催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201710181861.8
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106964366A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 王雄;鄒磊;汪浩然
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C02F1/30
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 鄒偉紅,朱顯國

技術領域

本發明屬于無機功能材料技術領域，涉及一種光催化劑及制備方法，具體涉及一種CdS/ZnFe₂O₄復合光催化劑及其制備方法。

背景技術

目前人們開發的許許多多半導體光催化劑如TiO₂、鉭酸鹽、鈮酸鹽等帶隙較寬，使得光催化劑只有在紫外光范圍才能發生響應，而太陽光總能量中僅有5％波長位于400nm以下的紫外光部分，顯然不足以實現有效利用，同時我們知道太陽光能量主要集中可見光范圍，一般波長為400-700nm，這部分能量占到總能量的43％左右。因此為提高太陽能利用率，最終實現光催化技術產業化應用，研制具有可見光響應的且轉換效率較高的光催化劑勢在必行。

CdS是一種典型的Ⅱ-Ⅵ族半導體材料，屬于直接帶隙半導體化合物，CdS的禁帶寬度為2.4eV，具有良好的發光性能和光電轉換特性，在發光二級管、光電器件、太陽能電池、光催化、非線性光學等領域有著廣泛的應用。在使用CdS單獨作為光催化劑時，存在光腐蝕現象，降低了光生空穴的利用率。Jiali Zhai,et al.,(ACS Appl.Mater.,Interfaces,2011,3,2253-2258)報道了CdS納米線的制備，具有良好的光催化效果。

尖晶石ZnFe₂O₄是一種n型的半導體，是一類具有可見光響應的催化材料，常用水熱法、固相法、超聲化學法以及化學沉積法等合成立方相ZnFe₂O₄。其響應波長可到達570-640nm，ZnFe₂O₄的導帶電位為-1.58eV，具有極強的還原能力，但其光生載流子極易復合，而且吸附反應物的性能較差，可見光活性得不到充分的利用。為了有效分離其光生電子-空穴對，常作為復合材料的第二相半導體摻雜或沉積來改善材料的催化性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、光催化效率較高的CdS/ZnFe₂O₄復合光催化劑及其制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種CdS/ZnFe₂O₄復合光催化劑，其中，CdS/ZnFe₂O₄中CdS與ZnFe₂O₄的摩爾比為1:1-3:1。

一種CdS/ZnFe₂O₄復合光催化劑的制備方法，具體步驟如下：

將一定量的CdS超聲分散到Zn(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃的混合水溶液中，調節pH值后進行水熱反應，將得到的沉淀洗滌離心烘干，得到CdS/ZnFe₂O₄粉末。

優選地，CdS與ZnFe₂O₄的物質的量比為1:1-3:1。

優選地，采用氫氧化鈉溶液調節所述的pH值至12.5-13.5。

優選地，水熱溫度為100±10℃，水熱時間為6±0.5小時。

本發明還提供上述CdS/ZnFe₂O₄復合光催化劑在降解有機染料中的應用。

其中，有機染料為羅丹明B(RhB)。

與現有技術相比，本發明的顯著效果如下：

(1)CdS/ZnFe₂O₄復合光催化劑的禁帶寬度介于1.96eV和2.42eV之間，并隨著ZnFe₂O₄含量的增加而增加，相對于禁帶寬度為2.42eV的CdS來說，帶隙變窄，拓寬了可響應的可見光范圍；

(2)由于ZnFe₂O₄和CdS的禁帶寬度(ZnFe₂O₄的帶邊位置VB＝0.38eV，CB＝-1.58eV；CdS的帶邊位置為VB＝1.76eV，CB＝-0.66eV)較為匹配，可以形成異質結結構，有效抑制電子空穴的復合，進一步提高了半導體的光催化性能，能夠有效降解有機污染物；