具有可见光响应的硫化锌镉光催化剂及其制备方法.pdf

本发明涉及具有可见光响应的硫化锌镉半导体光催化剂纳米材料及其制备方法，属于无机材料制备领域。该催化剂是由硫化锌镉组成，本发明制备的硫化锌镉光催化剂具有很好的可见光吸收性能，拥有优秀的可见光降解有机污染物的活性。本发明具有成本低、制备工艺简单、易于工业化生产的特点。

1.  一种可见光响应的硫化锌镉光催化剂，成份包括硫化锌镉，其特征在于该光催化剂的成份是硫化锌镉；锌离子与镉离子的摩尔比为0.1～1∶1；硫化锌镉直径在5个纳米到10微米之间。

2.  根据权利要求1的一种光催化剂，其特征在于：光反应在可见光、紫外光和太阳光下进行。

3.  一种制备权利要求1所述光催化剂的方法，其中可溶性硫盐为硫化钠、硫代乙酰胺和硫脲。

4.  一种制备权利要求1所述光催化剂的方法，采用共沉淀法生产工艺，其特征在于该方法中的反应温度为110～160℃，保温时间为10～180min。

5.  根据上述任一项权利要求所述的光催化剂用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。

具有可见光响应的硫化锌镉光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光催化剂，特别是涉及一种具有可见光响应的光催化剂。
本发明还涉及上述催化剂的制备方法。
本发明还涉及上述催化剂的用途。
背景技术
近年来人们在纳米尺寸的半导体材料的光催化氧化反应的活性方面进行了大量的研究，但是由于光生电荷的快速复合导致这种光催化反应的量子效率极低。硫化镉是一种十分重要的具有可见光响应性能的半导体材料，其禁带宽度只有约2.42eV，这也使得它能够高效的吸收利用太阳能。在过去的儿十年中，硫化镉已被广泛用于可见光下光催化分解水制氢以及光催化降解水或空气中有机、无机污染物的研究中。然而，作为一种光催化剂硫化镉在应用中也存在光催化量子效率较低的问题。为了提高硫化镉的光催化量子效率，科研作者做出了许多探索，如：通过控制形貌来达到改变硫化镉纳米颗粒的表面结构；将硫化镉颗粒负载于Nafion膜上以期得到均匀分散的量子尺寸的硫化镉纳米颗粒；掺杂过渡金属离子；以及将两种半导体复合以期达到光生电荷的有效分离，从而提高材料的量子效率。
硫化锌也是重要的宽禁带半导体材料，其禁带宽度分别为3.72eV和3.77eV，具有非线性光学性质、发光性质、量子尺寸效应及其它重要的物理化学性质等。根据文献报道硫化锌纳米材料及其复合材料已展示了其广阔的应用前景，尤其是作为优秀的光催化材料已经被实验研究所证实。
本专利结合硫化镉和硫化锌的优势，采用共沉淀法制备了三元双金属硫化物硫化锌镉，以解决硫化镉光催化量子效率低的问题。
发明内容
本发明的意义在于提供一种具有可见光响应的光催化剂，这种硫化锌镉光催化剂，既能有效的被可见光激发，又能保持良好的稳定性和较高的催化活性，同时制备工艺简单、成本低廉。
本发明提供的光催化剂是由硫化锌镉组成，其特征在于该催化剂是由硫化锌镉组成。锌离子和镉离子的摩尔比为0.1～1∶1，硫化锌镉粒子直径在5个纳米到10微米之间。
本发明的具有可见光响应的硫化锌镉光催化剂的制备方法如下：
(1)按锌离子和镉离子的摩尔比为0.1～1∶1称取一定量的可溶性锌盐和镉盐，将其溶入一定量的乙二醇溶液中，搅拌均匀后转移至250ml三口瓶中，逐步加热到100℃。
(2)称取一定量的可溶性硫化物于100ml烧杯中，加入一定量的乙二醇溶液，在磁力搅拌器下搅拌均匀。
(3)将(2)滴加到(1)中，滴加过程中溶液渐渐变成浅黄色悬浊液，最后变成橙黄色悬浊液，滴加完毕后升温至110～160℃继续保持10～180min。
(4)反应结束后将得到的悬浊液静置一段时间，倒去上层清液，用蒸馏水洗涤剩余固体3～5次，以去除多余的杂质离子和剩余乙二醇，抽滤后在60℃下真空干燥12h得到橙色晶体，研磨成粉体以备用。
本发明中可溶性硫化物为硫化钠、硫代乙酰胺和硫脲。本发明的具有可见光响应的光催化剂可用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。
以下具体说明本发明的效果。在可见光辐射下降解亚甲基蓝的光催化活性测试具体方法和条件如下：
催化剂的光催化氧化活性是在自制的光催化反应器中进行。采用300W氙灯(λ＞420nm)为辐射光源，反应液为250mL 10mg·L^-1的亚甲基蓝水溶液，催化剂加入量为0.4g。在剧烈的搅拌下每隔一定时间抽取少量反应液，在665nm处测定溶液吸光度。再根据亚甲基蓝的浓度-吸光度标准曲线确定溶液浓度。
具体实施方案
实施方案1
将0.003mol的乙酸锌和0.003mol的氯化镉溶于41.67ml乙二醇中，搅拌均匀后转入250ml三口瓶中，并升温至100℃；再将0.006mol的硫化钠溶于20.34ml的乙二醇中，然后将硫化钠溶液逐滴加入到锌镉溶液中，滴加完毕后，再升温至120℃，保持60min，最后将得到的沉淀收集、抽滤，用蒸馏水洗涤数次后在60℃真空干燥12h得到催化剂。
实施方案2
将实施方案1中的硫化钠变为硫代乙酰胺，其它条件不变。
实施方案3
将实施方案1中的硫化钠变为硫脲，其它条件不变。
实施方案4
将实施方案1中的氯化镉变为乙酸镉，其它条件不变。
实施方案5
将实施方案1中的反应温度变为110℃，其它条件不变。
实施方案6
将实施方案1中的反应温度变为140℃，其它条件不变。
实施方案7
将实施方案1中的乙酸锌摩尔数变为0.0015mol，其它条件不变。
实施方案8
将实施方案1中的反应时间变为15min，其它条件不变。
本发明所制得的光催化剂可负载于载体上，本发明不限于以上实施方案。
对实施方案中所得光催化剂进行了可见光照射下的光催化反应测试，具体结果如表1。
表1硫化锌镉光催化剂的催化性能