CN105170162A - 一种具有可见光催化活性的CdS/石墨烯材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米复合材料技术领域，涉及一种具有可见光催化活性的CdS/石墨烯材料的制备方法。本发明通过将镉盐溶液、硫源、氧化石墨和模板剂分散在水、乙醇、乙二醇等溶剂中进行辐照，通过溶剂在辐照过程中产生的溶剂化电子和氢自由基的还原作用和模板剂的形貌调控作用，可以制备出具有不同形貌的异形结构CdS/石墨烯纳米复合材料。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料技术领域，涉及一种具有可见光催化活性的CdS/石墨烯材料的制备方法。
背景技术
随着我国经济和社会的快速发展，我国的煤炭、石油、天然气等传统的化石能源储量日益减少，能源枯竭，生态环境急剧恶化。日趋加剧的能源危机对国民的生存安全构成重大威胁，成为我国经济和社会可持续发展的重大障碍，因此开发清洁高效的可再生能源已成为我国当前面临的紧迫任务。太阳能光催化分解水制氢具有耗能低、条件温和、可减少二次污染等突出优点，被认为是未来制备氢能的最有效的途径之一。它在整个循环过程中，光催化剂的选择是影响光催化反应过程最关键的因素，由于太阳光谱中可见光所占比例约为43％，为了能充分利用太阳能，研究和开发可见光活性的催化剂具有非常重要的战略意义。
CdS具有可见光活性高、结构简单、易于制备等优点，被认为是最有应用前景的可见光催化剂之一。但CdS的结构特点使其在制备和使用过程中存在一定的缺陷：制备过程中CdS成核速率快，容易团聚成不规则的大尺寸颗粒，形貌不可控；CdS中的S2-容易被光生空穴氧化而发生光腐蚀现象，影响光催化效果，并且使得Cd2+进入到溶液中造成环境污染。这些缺点一定程度上限制和阻碍了CdS在光催化领域中的应用。
研究表明，石墨烯的π-π共轭体系和良好的载流子传导性使其成为一种优异的电子受体，将石墨烯与CdS复合后可以提高CdS光生载流子的分离效率，降低了电子-空穴对的复合几率，从而提高复合材料的光催化性能。此外，根据量子尺寸效应对石墨烯表面的CdS的形貌进行纳米尺度上的调控，可以进一步抑制光生电子-空穴对的复合以提高其光催化活性。但目前所报道的异形结构的CdS/石墨烯光催化剂多采用水热法或溶剂热法合成，制备过程中常需要在高温甚至高压条件下进行，在规模化制备和应用方面有一定的局限性。因此迫切需要简单、环境友好且能在室温下制备CdS/石墨烯复合材料的新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、低成本、适合宏量制备具有可见光催化活性的CdS/石墨烯复合材料的方法。
本发明的技术解决方案是：
1)将氧化石墨分散于溶剂中并进行超声剥离处理，得到氧化石墨溶液；氧化石墨的浓度可为0.1～4mg/mL，所采用的超声功率为450～1200W，所述溶剂选自下述任意一种：水、乙醇、乙二醇、乙二胺水溶液或乙醇/甲苯溶液；
2)向上述溶液中加入镉盐溶液、硫源和模板剂，其中，镉盐溶液浓度为1～5mmol/L，硫源浓度为1～5mmol/L，模板剂浓度为0.05～1mg/mL，超声分散得到镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液；所述镉盐溶液为氯化镉、硝酸镉、硫酸镉中的一种；硫源为硫醇、硫代硫酸钠、二硫化碳、硫代乙酰胺中的一种；模板剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、溴化十六烷基三甲胺、醋酸乙烯酯中的一种；
3)在室温下用γ射线对上述混合溶液进行辐照处理，洗涤过滤，得到CdS/石墨烯纳米复合材料，镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液的吸收剂量为10～1000kGy，剂量率为10～300Gy/min，所述γ射线为60Coγ射线。
在超声分散得到镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液时，调节所述镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液的pH值至4～14。
在室温下用γ射线对所述镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液进行辐照处理前，向镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液中通入惰性气体，除掉溶液中氧。
将所述CdS/石墨烯纳米复合材料用乙醇超声洗涤后再过滤，重复上述洗涤-过滤的操作，直至除去步骤1)中引入的溶剂；然后将产物干燥得到纯化的CdS/石墨烯纳米复合材料。
本发明具有的优点和有益效果，
1)本发明方法中未添加有毒的化学试剂，仅适用了常规试剂如水、乙醇、乙二醇、乙二胺水溶液、乙醇/甲苯溶液作为溶剂，避免了环境污染和人体损害；
2)制备过程在室温下用γ射线对混合溶液进行辐照处理，无需额外能量输入，避免了传统方法中高温高压对工业设备的严格限制，该法适于宏量制备具有可见光催化活性的CdS/石墨烯纳米复合材料，有良好的应用前景。
3)该发明可通过改变辐照剂量和剂量率来调控CdS/石墨烯材料的形貌和性能，无需引入额外的化学试剂，避免了CdS/石墨烯材料因杂质无法去除造成光催化性能下降
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。
所提供的制备具有可见光催化活性的CdS/石墨烯复合材料的方法，包括下述步骤：
1)将氧化石墨分散于溶剂中并进行超声剥离处理，得到氧化石墨溶液；
2)向步骤1)所述溶液中加入镉盐溶液、硫源和模板剂，超声分散得到镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液；
3)在室温下用γ射线对上述镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液进行辐照处理，洗涤过滤，得到异形结构CdS/石墨烯纳米复合材料。
上述方法步骤1)中，氧化石墨的浓度可为0.1～4mg/mL，所述溶剂选自下述任意一种：水、乙醇、乙二醇、乙二胺水溶液、乙醇/甲苯溶液。所述超声剥离处理的时间为30～60min，所采用的超声功率为450～1200W。
上述方法步骤2)中，所述镉盐溶液可为氯化镉、硝酸镉、硫酸镉中的一种；硫源可为硫醇、硫代硫酸钠、二硫化碳、硫代乙酰胺中的一种；模板剂可为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、溴化十六烷基三甲胺、醋酸乙烯酯中的一种。所述镉盐溶液浓度为1～5mmol/L，硫源浓度为1～5mmol/L，模板剂浓度为0.05～1mg/mL。
上述方法步骤3)中，镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液的吸收剂量可为10～1000kGy，剂量率为10～300Gy/min，所述γ射线为60Coγ射线。
为提高还原效率，在对镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液进行辐照前，还包括用碱性溶液(如NaOH溶液、乙二胺溶液、氨水)调节氧化石墨溶液pH值至4～14的步骤。
为保证还原效果，在对镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液进行辐照前，还包括向上述混合溶液中通入惰性气体(如氩气、氮气)除掉溶液中氧的步骤。
本发明方法还包括如下步骤：将所述异形结构CdS/石墨烯纳米复合材料用乙醇洗涤后再减压过滤，重复上述洗涤-过滤的操作，直至除去步骤1)中引入的溶剂；然后将产物干燥得到异形结构CdS/石墨烯纳米复合材料。
所述样品干燥的温度可为45～90℃，时间为6～36h。
本发明方法制备得到的异形结构CdS/石墨烯纳米复合材料也属于本发明的保护范围。该材料具有可见光催化活性，CdS负载量(即CdS纳米粒子在复合材料中的质量分数)为1.0～30.0wt％，负载的金属纳米粒子的粒径为1～200nm，形貌为纳米球状、纳米棒状、纳米立方体状中的一种。
上述方法制备的异形结构CdS/石墨烯纳米复合材料可应用于军事和民用等大量需要太阳能光催化分解水制氢的领域。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
将100mg的氧化石墨超声分散在100mL的乙二醇溶液中(1mg/mL)，室温下超声剥离分散1h(超声功率450W)，得到氧化石墨溶液；随后，向溶液中添加47.28mgCd(NO3)2·4H2O(2mmol/L)、31.62mgNa2S2O3(2mmol/L)和10mg十二烷基苯磺酸钠(0.1mg/mL)，搅拌均匀得到镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液。上述溶液转移至试管并通入氮气30min，封口后用60Coγ射线在室温下进行辐照，剂量率为100Gy/min，吸收剂量为100kGy。辐照结束后，将样品用孔径0.45μm的聚四氟乙烯膜过滤。过滤后的滤饼加入到50mL乙醇溶液中超声分散洗涤，然后将超声后的溶液再过滤，以去除乙二醇；将洗涤后的产物在鼓风烘箱中60℃干燥24小时得到粉末状的异形结构CdS/石墨烯纳米复合材料。
实施例2
与实施例1的制备方法一致，选择乙醇/甲苯溶液中的一种试剂作为溶剂，得到CdS/石墨烯纳米复合材料。
实施例3
与实施例1的制备方法一致，在辐照前向溶液中加入硝酸镉溶液、硫代硫酸钠和聚乙烯醇，所述硝酸镉溶液浓度为4mmol/L，硫代硫酸钠浓度为5mmol/L，聚乙烯醇浓度为1mg/mL，得到CdS/石墨烯纳米复合材料。
实施例4
与实施例1的还原方法一致，在辐照前向溶液加入如NaOH溶液调节体系的pH为10，得到CdS/石墨烯纳米复合材料。
实施例5
与实施例1的还原方法一致，将γ射线吸收剂量在200kGy之间调整，得到CdS/石墨烯纳米复合材料。
Claims (4)
1.一种具有可见光催化活性的CdS/石墨烯材料的制备方法，其制备方法包括下述步骤：
1)将氧化石墨分散于溶剂中并进行超声剥离处理，得到氧化石墨溶液；氧化石墨的浓度可为0.1～4mg/mL，所采用的超声功率为450～1200W，所述溶剂选自下述任意一种：水、乙醇、乙二醇、乙二胺水溶液或乙醇/甲苯溶液；
2)向上述溶液中加入镉盐溶液、硫源和模板剂，其中，镉盐溶液浓度为1～5mmol/L，硫源浓度为1～5mmol/L，模板剂浓度为0.05～1mg/mL，超声分散得到镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液；所述镉盐溶液为氯化镉、硝酸镉、硫酸镉中的一种；硫源为硫醇、硫代硫酸钠、二硫化碳、硫代乙酰胺中的一种；模板剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、溴化十六烷基三甲胺、醋酸乙烯酯中的一种；
3)在室温下用γ射线对上述混合溶液进行辐照处理，洗涤过滤，得到CdS/石墨烯纳米复合材料，镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液的吸收剂量为10～1000kGy，剂量率为10～300Gy/min，所述γ射线为60Coγ射线。
2.根据权利要求1所述的一种具有可见光催化活性的CdS/石墨烯材料的制备方法，其特征在于：在超声分散得到镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液时，调节所述镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液的pH值至4～14。
3.根据权利要求1一种具有可见光催化活性的CdS/石墨烯材料的制备方法，其特征在于：在室温下用γ射线对所述镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液进行辐照处理前，向镉盐/硫源/氧化石墨混合溶液中通入惰性气体，除掉溶液中氧。
4.根据权利要求1一种具有可见光催化活性的CdS/石墨烯材料的制备方法，其特征在于：将所述CdS/石墨烯纳米复合材料用乙醇超声洗涤后再过滤，重复上述洗涤-过滤的操作，直至除去步骤1)中引入的溶剂；然后将产物干燥得到纯化的CdS/石墨烯纳米复合材料。
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| CN (1) | CN105170162A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108273520A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-07-13 | 华南师范大学 | 一种硫化镉/硫复合光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN109158114A (zh) * | 2018-07-26 | 2019-01-08 | 福建农林大学 | 一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法 |
| CN109364951A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-02-22 | 苏州科技大学 | 一种可见光催化复合材料及其制备方法与应用 |
| CN111686761A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-22 | 华南理工大学 | 一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040108492A1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-06-10 | Derenzo Stephen E. | Codoped direct-gap semiconductor scintillators |
| CN103011151A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-03 | 黑龙江省科学院技术物理研究所 | 一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法 |
-
2015
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040108492A1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-06-10 | Derenzo Stephen E. | Codoped direct-gap semiconductor scintillators |
| CN103011151A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-03 | 黑龙江省科学院技术物理研究所 | 一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 汪永斌等: "一锅法原位合成石墨烯/CdS纳米片状混合物及其光催化性能研究", 《化工新型材料》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108273520A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-07-13 | 华南师范大学 | 一种硫化镉/硫复合光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN109158114A (zh) * | 2018-07-26 | 2019-01-08 | 福建农林大学 | 一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法 |
| CN109364951A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-02-22 | 苏州科技大学 | 一种可见光催化复合材料及其制备方法与应用 |
| CN109364951B (zh) * | 2018-12-21 | 2022-09-30 | 苏州科技大学 | 一种可见光催化复合材料及其制备方法与应用 |
| CN111686761A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-22 | 华南理工大学 | 一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN111686761B (zh) * | 2020-05-20 | 2021-08-10 | 华南理工大学 | 一种Cu/CdS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用 |
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