一種葫蘆串結(jié)構(gòu)硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料及制備方法與用途技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：S1：將含硫碲源前驅(qū)體和鎘源前驅(qū)體加入到有機溶劑中，充分攪拌，混合均勻，得到前驅(qū)反應(yīng)液；S2：將所述前驅(qū)反應(yīng)液進行兩段式微波加熱恒溫反應(yīng)，從而得到所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料。所述制備方法通過特定的工藝步驟與工藝參數(shù)的選擇與組合，從而得到了具有優(yōu)良制氫性能的葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料，可將其用于光解水制氫領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景和工業(yè)化潛力。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種葫蘆串結(jié)構(gòu)硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料及制備方法與用途
本專利技術(shù)提供了一種n型半導(dǎo)體與p型半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料及其制備方法與用途，更具體而言，提供了一種葫蘆串結(jié)構(gòu)硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料及制備方法與用途，屬于無機半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
在無機半導(dǎo)體材料領(lǐng)域CdS是一種典型半導(dǎo)體，CdS光催化劑的帶隙為2.4eV，導(dǎo)帶電位(-0.87eVvsTHE)和價帶電位(1.5eV)位置能夠滿足完全光分解水的條件。因此，CdS可以提高太陽光的利用率而成為硫化物體系中備受關(guān)注的半導(dǎo)體催化劑之一。但是，CdS在沒有進行表面修飾和改性時，光分解水產(chǎn)氫活性并不高，而且由于存在光腐蝕性，CdS在受到長時間光照時會出現(xiàn)光解現(xiàn)象，從而導(dǎo)致其活性下降。為了克服該缺陷，許多學者研究了不同的制備方法、材料改性手段、光催化反應(yīng)系統(tǒng)等對CdS的影響。目前，CdS改性的主要方法有摻雜、負載助催化劑(沉積貴金屬,負載金屬氧化物或金屬復(fù)合氧化物)、復(fù)合半導(dǎo)體、光敏化敏化、形貌調(diào)控、構(gòu)造異質(zhì)結(jié)、反應(yīng)體系中添加犧牲劑等。在諸多的CdS改性方法中，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的相關(guān)研究受到了極大的關(guān)注。而對可見光或及近紅外響應(yīng)的p型半導(dǎo)體元素碲(Tellerium)而言，其不但具有良好的導(dǎo)電性、熱電性、壓電性等物理性質(zhì)而且在光學方面也有較好的應(yīng)用。因此，可以設(shè)想，選用硫化鎘基碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料來改善其光催化制氫性能是一種很好途徑。本申請人的CN104176704A公開了一種蘑菇狀硫化鎘-碲復(fù)合材料及其制備方法和用途，所述復(fù)合材料的制備方法如下：(1)將碲源前驅(qū)體和鎘源前驅(qū)體溶解在有機溶劑中，然后加入有機硫化合物和弱堿性化合物，在高壓下密閉反應(yīng)；(2)反應(yīng)結(jié)束后，泄壓至常壓，并自然冷卻至室溫，離心分離，得到固體，將該固體依次用水、無水乙醇洗滌，真空干燥，得到所述蘑菇狀硫化鎘-碲復(fù)合材料。所述硫化鎘－碲復(fù)合材料具有良好的均勻形貌、形態(tài)可控，并具有優(yōu)異的制氫性能和效果，可用于光解水制氫領(lǐng)域。此外，合成異質(zhì)結(jié)硫化鎘基復(fù)合光催化材料方法有很多種。例如，硫化鎘/硒化鎘雙敏化氧化鋅納米管陣列可以通過化學溶液法合成得到；硫化鎘/二氧化鈦納米棒異質(zhì)結(jié)可以通過化學氣相沉積合成得到；硫化鎘/石墨烯復(fù)合光催化材料通過水熱法合成得到。但以上的合成方法還存在諸多缺陷，例如：化學氣相沉積法合成條件要求苛刻，一般需要高溫加熱，沖入惰性氣體，控制基底溫度等，不便于操作，不適合大量生產(chǎn)；而水熱法反應(yīng)合成時間多在10小時以上，不便于大量生產(chǎn)，而且反應(yīng)在反應(yīng)釜中進行無法原位觀察晶體生長過程不便于研究晶體生長機理。因此，基于上述諸多缺陷，如何設(shè)計出一種簡單、快速、經(jīng)濟且環(huán)保的方法來制備具有規(guī)則、形貌可控的新型硫化鎘/碲異質(zhì)結(jié)的復(fù)合材料具有十分重要的意義，尤其在光催化制氫領(lǐng)域中具有顯著的重要意義，而這也正是本專利技術(shù)得以完成的基礎(chǔ)所在和動力所倚。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服上述所指出的合成硫化鎘/碲異質(zhì)結(jié)方法存在的諸多缺陷，尋求一種簡單、快速、經(jīng)濟且環(huán)保的方法來制備具有規(guī)則、形貌可控的新型硫化鎘/碲異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料的方法，以及得到該具有規(guī)則、形貌可控的新型硫化鎘/碲異質(zhì)結(jié)的復(fù)合材料，并研究其在光催化領(lǐng)域中的應(yīng)用，本專利技術(shù)人進行了深入的研究，在付出了大量的創(chuàng)造性勞動后，從而完成了本專利技術(shù)。具體而言，本專利技術(shù)的技術(shù)方案和內(nèi)容涉及一種葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料及其制備方法與用途。更具體而言，本專利技術(shù)涉及如下的多個方面。第一個方面，本專利技術(shù)涉及一種葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：S1：將含硫碲源前驅(qū)體和鎘源前驅(qū)體加入到有機溶劑中，充分攪拌，混合均勻，得到前驅(qū)反應(yīng)液；S2：將所述前驅(qū)反應(yīng)液進行兩段式微波加熱恒溫反應(yīng)，從而得到所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料。在本專利技術(shù)的所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法中，在步驟S1中，所述含硫碲源前驅(qū)體為二乙基二硫代氨基甲酸碲(TDEC)。在本專利技術(shù)的所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法中，在步驟S1中，所述鎘源前驅(qū)體選自二乙基二硫代氨基甲酸鎘(CED)、乙酸鎘、二甲基鎘中的任意一種或任意多種的混合物，最優(yōu)選為二乙基二硫代氨基甲酸鎘(CED)。在本專利技術(shù)的所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法中，在步驟S1中，所述有機溶劑為C1-6醇、C2-6二醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的任意一種，優(yōu)選為C2-6二醇，最優(yōu)選為乙二醇。在本專利技術(shù)的所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法中，在步驟S1中，所述含硫碲源前驅(qū)體與所述鎘源前驅(qū)體的質(zhì)量比為5:2-4，例如可為5:2、5:3或4:4，最優(yōu)選為5:3。在本專利技術(shù)的所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法中，在步驟S1中，所述有機溶劑的用量并沒有特別的限定，例如可為易于反應(yīng)和/或后處理的量，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進行合適的選擇和確定，在此不再一一贅述。在本專利技術(shù)的所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法中，所述步驟S2具體如下：S2-1：在180-220W的微波功率下，將步驟S1得到的所述前驅(qū)反應(yīng)液由室溫加熱至90℃，并在該溫度下保持4-6分鐘，得到第一反應(yīng)液；S2-2：將所述第一反應(yīng)液在450-550W的微波功率下，繼續(xù)加熱至155-165℃，并在該溫度下保持4-6分鐘，得到第二反應(yīng)液；S2-3：將所述第二反應(yīng)液自然冷卻至室溫，并以10000rpm的離心速度離心3-5分鐘，將所得沉淀先后用無水乙醇和去離子水各洗滌2-3次，然后真空干燥，即得所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料。其中，在步驟S2-1中，將所述前驅(qū)反應(yīng)液由室溫加熱至90℃，并在該溫度下保持4-6分鐘，最優(yōu)選保持5分鐘。其中，在步驟S2-2中，將第一反應(yīng)液在500W的微波功率下，繼續(xù)加熱至155-165℃，并在該溫度下保持4-6分鐘，最優(yōu)選保持5分鐘。本專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，當采用如此的制備方法時，能夠得到特定外貌形態(tài)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料，而當改變其中的某些工藝參數(shù)如原料用量比、微波功率、恒溫時間等時，則無法得到如此形態(tài)的光催化復(fù)合材料。第二個方面，本專利技術(shù)涉及通過上述制備方法得到的葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料。本專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料具有優(yōu)異的光催化性能，從而可應(yīng)用于光解制氫
，具有良好的應(yīng)用前景和工業(yè)化潛力。因此，第三個方面，本專利技術(shù)涉及所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料在光解制氫中的用途。第四個方面，本專利技術(shù)涉及一種光解制氫的方法，所述方法具體為：將本專利技術(shù)的所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料加入到乳酸和水組成的混合物中，用太陽光模擬器照射，使用420nm以下的濾光片過濾，并用氣相色譜檢測產(chǎn)出的H2。其中，在所述光解制氫方法中，乳酸與水的體積比為1:8-12，例如可為1:8、1:9、1:10、1:11或1:12。其中，在所述光解制氫方法中，所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料與乳酸和水所組成的混合物的質(zhì)量體積比為1:1-3mg/ml，即每1mg所述復(fù)合材料本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘?碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：S1：將含硫碲源前驅(qū)體和鎘源前驅(qū)體加入到有機溶劑中，充分攪拌，混合均勻，得到前驅(qū)反應(yīng)液；S2：將所述前驅(qū)反應(yīng)液進行兩段式微波加熱恒溫反應(yīng)，從而得到所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘?碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：S1：將含硫碲源前驅(qū)體和鎘源前驅(qū)體加入到有機溶劑中，充分攪拌，混合均勻，得到前驅(qū)反應(yīng)液；S2：將所述前驅(qū)反應(yīng)液進行兩段式微波加熱恒溫反應(yīng)，從而得到所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異質(zhì)結(jié)光催化復(fù)合材料；所述步驟S2具體如下：S2-1：在180-220W的微波功率下，將步驟S1得到的所述前驅(qū)反應(yīng)液由室溫加熱至90℃，并在該溫度下保持4-6分鐘，得到第一反應(yīng)液；S2-2：將所述第一反應(yīng)液在450-550W的微波功率下，繼續(xù)加熱至155-165℃，并在該溫度下保持4-6分鐘，得到第二反應(yīng)液；S2-3：將所述第二反應(yīng)液自然冷卻至室溫，并以10000rpm的離心速度離心3-5分鐘，將所得沉淀先后用無水乙醇和去離子水各洗滌2-3次，然后真空干燥，即得所述葫蘆串結(jié)構(gòu)的硫化鎘-碲異...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王舜，金輝樂，胡建強，劉愛麗，何宇華，凌鵬生，尹德武，
申請(專利權(quán))人：溫州大學，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33