CN107051548B - 一种简易制备六边形CdO/CdS异质结纳米复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种简易制备六边形CdO/CdS异质结纳米复合材料的方法，该方法主要包括：采用溶剂热法用硝酸镉与氢氧化锂制备前驱体氢氧化镉，经过焙烧获得纳米氧化镉；然后，采用水热法，将制备的纳米氧化镉加入硫化钠进行硫化处理，再经过焙烧处理，获得CdO/CdS异质结纳米复合材料，产物形貌特征为由纳米颗粒组成的六边形。所得CdO/CdS异质结纳米复合材料用于光催化降解有机染料次甲基蓝，具有较好的光催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，用于光催化降解有机染料次甲基蓝，属于纳米材料技术领域。
背景技术
目前，对异质结纳米材料的研究被认为是微纳米材料研究的一个新领域。将两种半导体材料恰当的结合成异质结构，尤其是禁带宽度不同的两种材料，由于禁带宽度的渐变使两种材料界面处产生内建电场，库伦作用使电子和空穴上得力相反，可以分别控制电子和空穴的运动，更好的实现电荷分离。所以，与单一材料相比，异质结纳米结构材料表现出了优越的光电特性、气敏特性及光敏催化等特性，因此引起许多科学研究者的广泛关注。
氧化镉(CdO)和硫化镉(CdS)都是重要的n型半导体材料，其能带隙宽度分别为2.2～2.4eV和2.4～2.5eV，在太阳能电池、光催化剂、气敏传感器等领域具有广泛的应用。尽管如此，但单一的CdO或CdS，在光电效率、催化效率等诸多方面依然存在局限性。为了提高其光催化性能，有研究尝试将CdO和CdS组成异质结复合材料。例如，Kahane等人制备的光催化裂解水制氢用CdO/CdS纳米复合材料光催化性能明显提高，参见International Journalof Hydrogen Energy,2013,38:15012-15018.，将氢氧化钠溶于甲醇中，与氯化镉的甲醇/水溶液混合，搅拌3h，经过滤、洗涤后，300℃焙烧2h，制得CdO纳米颗粒。随后，将CdO纳米颗粒与不同比例的硫脲溶液混合，搅拌2h，蒸发溶剂后于300℃焙烧2h，制得粒径为20-50nm的CdO/CdS纳米复合材料球形颗粒。其中CdO为立方相，CdS为六方相，同时有少量CdSO3相存在。该文献未涉及CdO/CdS纳米复合材料在光催化降解有机染料次甲基蓝方面的研究。CN102728392A公开了二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶的制备方法，采用去离子水作溶剂，以CdCO3立方体纳米晶为模板，以硫代乙酰胺(TAA)为硫源，采取微波加热回流的方法控制反应CdS的生成。该发明制备的CdO/CdS核-壳结构多孔空心立方体纳米晶，表面渗透性好，能充分与反应物接触，提高了CdS纳米晶在可见光下催化降解污水中重金属离子(Cr2O7 2-)的效果。该文献未涉及光催化降解有机染料次甲基蓝方面的内容。
纳米材料的微结构，包括纳米材料的粒径、形貌、表面和内部缺陷等因素都对材料的物理化学性质产生影响，采用不同的合成方法制备纳米材料的形貌特征不同，性能会有明显差异。目前制备的CdO/CdS异质结纳米材料多为球形颗粒，主要应用于光照条件下裂解水制氢或降解重金属离子，而能用于光催化降解有机染料的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备尚少未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种简易制备六边形CdO/CdS异质结纳米复合材料的方法，获得了由纳米颗粒组成的六边形CdO/CdS异质结纳米材料。该CdO/CdS异质结材料用于光催化降解有机染料，尤其是对有机染料次甲基蓝具有较好的光催化性质。
发明概述：
本发明制备CdO/CdS异质结纳米复合材料的方法，主要包括两部分：首先，采用溶剂热法制备前驱体氢氧化镉，经过焙烧获得纳米氧化镉；然后，采用水热法，将制备的纳米氧化镉进行硫化处理，再经过焙烧处理，获得CdO/CdS异质结纳米复合材料，产物形貌特征为由纳米颗粒组成的六边形。经过实验验证，本发明的CdO/CdS异质结纳米复合材料对有机染料次甲基蓝具有较好的光催化降解性能。
发明详述：
本发明的技术方案如下：
一种六边形CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将硝酸镉溶于无水乙醇中，形成硝酸镉乙醇溶液；将氢氧化锂溶于二次蒸馏水中，形成氢氧化锂溶液；所述的硝酸镉与氢氧化锂的摩尔比为1:2.4～2.6，在搅拌条件下，将氢氧化锂溶液逐滴加入硝酸镉乙醇溶液中，形成均匀的混合液，继续搅拌50～60min，然后于26～29℃温度下静置5～6h，转移至反应釜中，于180～200℃下反应10～12h；所得产物经洗涤、干燥，得氢氧化镉前驱体；将制得的氢氧化镉前驱体置于马弗炉中，在280～300℃焙烧1.5～2h，得到纳米氧化镉；
(2)取步骤(1)制得的纳米氧化镉加入硫化钠的水溶液中，使纳米氧化镉与硫化钠的摩尔比为1:0.4～0.6，于室温下搅拌20～30min，超声分散50～70min，然后置于反应釜中，于170～200℃下反应9～11h；
(3)将步骤(2)的产物经洗涤、干燥后，置于马弗炉中，400～500℃焙烧2h，得到CdO/CdS异质结纳米复合材料；产品形貌特征是由粒径为20～45nm颗粒组成的六边形纳米片，六边形的边长为250～450nm；其中，CdO为立方晶相，CdS为立方-六方混合晶相。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的硝酸镉与氢氧化锂的摩尔比为1:2.5。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的硝酸镉为四水硝酸镉。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的洗涤是依次用二次蒸馏水洗涤2～3次、无水乙醇洗涤1次。步骤(1)中所述的干燥，温度为80～85℃，干燥时间为24～30h。
根据本发明优选的，步骤(1)中，氢氧化镉前驱体焙烧温度和时间为300℃焙烧2h。
根据本发明优选的，步骤(1)得到的纳米氧化镉的形貌特征为六边形；边长为260～500nm，厚度为50～100nm。
根据本发明优选的，步骤(2)中，所述硫化钠为九水硫化钠。
根据本发明优选的，步骤(2)中，纳米氧化镉与硫化钠的摩尔比＝1:0.5。
根据本发明优选的，步骤(2)中室温下搅拌时间为25min。步骤(2)中反应温度为180～190℃，反应时间为9～10h；进一步优选的反应温度为180℃，反应时间为10h。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述的洗涤是依次用二次蒸馏水洗涤2～3次、无水乙醇洗涤1次。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述的干燥温度为80～90℃，干燥时间为24～36h。进一步优化的干燥温度为80℃，干燥时间为28h。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述的焙烧温度为450℃。
本发明优选的，所述CdO/CdS异质结纳米复合材料六边形纳米片的厚度为45～75nm。进一步优选厚度为50～70nm。
本发明优选的，所述CdO/CdS异质结纳米复合材料形貌特征为：粒径为30～40nm的纳米颗粒组成的六边形，六边形的边长为350～400nm，厚度为50～60nm。
本发明制备的由纳米颗粒组成的六边形的CdO/CdS异质结在光催化降解有机染料次甲基蓝溶液方面的应用。本发明制备的六边形的CdO/CdS异质结用作降解次甲基蓝的光催化剂。
本发明的光催化实验过程：取100mL 6mg/L次甲基蓝溶液于烧杯中，加入0.1g上述制备的六边形的CdO/CdS异质结光催化剂，于暗处磁力搅拌2h以达到吸附平衡。将达到吸附平衡的溶液与CdO/CdS异质结光催化剂转移入石英反应器中，以20W的紫外灯侧向照射，进行光催化降解。前1h每10min取一次样品，后2h每20min取一次样品。将所取样品用752型紫外可见分光光度计(上海菁华科技有限公司生产)，在次甲基蓝最大吸收波长664nm处分析其吸光度，进而获得次甲基蓝溶液的残余浓度。C0为次甲基蓝溶液的起始浓度，C为降解到某时刻的次甲基蓝溶液的残余浓度，降解率％＝(1-C/C0)×100％。以lnC/C0对时间t作图，获得的数据经线性拟合可求出光催化降解的表观反应速度常数k。表观反应速度常数k数值越大，说明催化剂的光催化效果越好。
光催化性质结果表明，光照条件下，本发明的六边形的CdO/CdS异质结光催化剂在180min可使次甲基蓝溶液的降解率达到97.3％，其表观反应速度常数k＝0.016～0.018min-1，说明本发明制备的六边形的CdO/CdS异质结次甲基蓝溶液具有较好的光催化性质，可用作次甲基蓝溶液的光催化剂。
本发明的技术特点与优良效果：
本发明采用溶剂热法制备的纳米氧化镉，在一定温度下，经过硫化钠水溶液的水热硫化处理后，经焙烧制得CdO/CdS异质结光催化剂。该产品中，CdO的XRD谱图与立方相CdO(标准卡片PDF#的05-0640)XRD谱图对应；CdS的XRD谱图分别与立方晶相CdS(标准卡片PDF#65-2887)和六方晶相CdS(标准卡片PDF#65-3414)的XRD谱图对应。说明本发明的CdO/CdS内部形成了异质结结构，光照条件下，CdS导带产生的带负电荷的电子向CdO的导带转移，CdO价带产生的带正电荷的空穴向CdS的价带转移，致使电子大多集中在CdO的导带，空穴大多集中在CdS的价带，进而有效阻止了光生电子-空穴的复合，改善了其光催化效率。同时，由纳米颗粒组成的六边形特殊形貌使得产物表面产生了大量的活性点，可以与次甲基蓝充分作用，提高其光催化性能。
本发明方法制备的CdO/CdS异质结光催化剂具有以下优点：
1、本发明用六边形纳米氧化镉与硫化钠溶液反应，六边形纳米氧化镉在随后的硫化水热反应中，氧化镉部分生成了硫化镉，形成硫化镉纳米颗粒和氧化镉纳米颗粒共同构成的六边形形貌。获得的产物经焙烧处理制得的CdO/CdS，其XRD衍射峰分别与立方相CdO和立方-六方相CdS的标准卡片一致，无其他杂质存在。参见附图1。本发明的制备方法简单有效。
2、本发明制得的CdO/CdS纳米复合材料中，CdO和CdS形成了异质结结构，这种异质结结构可以同时增加材料的表面缺陷和材料的内部缺陷，这些缺陷的存在会对材料的光电性质产生显著的影响。
3、本发明制得的CdO/CdS纳米复合材料具有由纳米颗粒组成六边形的特殊形貌，该形貌特征的纳米材料不容易团聚；在与次甲基蓝发生化学反应时，颗粒表面存在的大量活性点是其表现出较好光催化性质的重要原因之一。
附图说明
图1是实施例1制备的CdO/CdS异质结纳米材料的X－射线衍射谱图。
图2是实施例1制备的CdO/CdS异质结纳米材料的扫描电镜照片。
图3为实施例1制备的CdO/CdS异质结纳米材料的高倍透射电镜照片。
图4为实施例1制备的CdO/CdS异质结纳米材料和对比例中1制备的立方-六方混合晶相纳米CdS对次甲基蓝溶液的光催化降解图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
实施例1、纳米氧化镉的制备
将2.5mmol四水硝酸镉溶于50mL无水乙醇中，形成硝酸镉乙醇溶液；
将6.25mmol氢氧化锂溶于20mL二次蒸馏水中，形成氢氧化锂溶液；
在搅拌条件下，将氢氧化锂溶液逐滴加入硝酸镉乙醇溶液中，形成均匀的混合液，滴加完成后，继续搅拌60min；然后于28℃温度下静置5～6h，转移至反应釜中，于200℃下反应11h；所得产物依次用二次蒸馏水洗涤3次、无水乙醇洗涤1次，于80℃干燥26h，得氢氧化镉前驱体；将制得的氢氧化镉前驱体置于马弗炉中，在300℃焙烧2h，得到六边形纳米氧化镉，边长为340～380nm，厚度为60～80nm，为表面光滑的纳米片。
按本实施例1的方法制备纳米氧化镉用于以下实施例的原料。
实施例2、一种CdO/CdS异质结纳米材料的制备方法，步骤如下：
称取实施例1制备的纳米氧化镉0.2000g(1.56mmol)，加入含九水硫化钠0.1873g(0.78mmol)的70mL二次蒸馏水中，室温搅拌25min,超声分散60min；将制得的混合液置于反应釜中，于180℃下反应10h；所得的产物依次用二次蒸馏水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，80℃干燥28h后，置于马弗炉中，450℃焙烧2h，得到CdO/CdS异质结纳米复合材料。其中，纳米氧化镉与硫化钠的摩尔比为1:0.5。
本实施例制备的CdO/CdS异质结纳米复合材料X－射线衍射谱图，见图1所示。
得到CdO/CdS异质结纳米复合材料形貌特征为平均粒径为30～40nm的纳米颗粒组成的六边形纳米片，六边形的边长为350～370nm，厚度为50～60nm。如图2所示。
用实施例2所得产品进行光催化降解次甲基蓝溶液的实验，步骤和实验结果如下：
取100mL 6mg/L次甲基蓝溶液于烧杯中，加入0.1g实施例2制备的CdO/CdS异质结作为光催化剂，于暗处磁力搅拌2h，达到吸附平衡后转移入石英反应器中，以20W的紫外灯侧向照射，进行光催化降解。前1h每10min取一次样品，后2h每20min取一次样品。将所取样品用紫外可见分光光度计分析其吸光度，进而获得次甲基蓝溶液的残余浓度。C0为次甲基蓝溶液的起始浓度，C为降解某时刻的次甲基蓝溶液的残余浓度，降解率％＝(1-C/C0)×100％。以ln C/C0对时间t作图，获得的数据经线性拟合可求出光催化降解的表观反应速度常数k。
光催化性质结果表明，光照条件下，实施例2制备产品在180min内即可使次甲基蓝溶液的降解率达到97.3％，其表观反应速度常数k＝0.01779min-1，说明本发明制备的混CdO/CdS异质结纳米复合材料对次甲基蓝溶液具有较好的光催化性质。如图4所示。
对比例1、立方-六方混合晶相纳米硫化镉的制备及光催化降解性质
称取实施例1制备的纳米氧化镉0.2000g(1.56mmol)，加入含九水硫化钠0.936g(3.12mmol)的70mL二次蒸馏水中，室温搅拌25min,超声分散60min；将制得的混合液置于反应釜中，于180℃下反应10h；所得的产物依次用二次蒸馏水洗涤3次，无水乙醇洗涤1次，80℃干燥28h，得到立方-六方混合晶相纳米CdS。其中，纳米氧化镉与硫化钠的摩尔比为1:2。
参照实施例2的光催化降解实验条件，对次甲基蓝溶液进行光催化降解实验测试。
光催化性质结果表明，光照条件下，立方-六方混合晶相纳米CdS在180min可使次甲基蓝溶液的降解率达到39.97％，其表观反应速度常数k＝0.00276min-1，说明立方-六方混合晶相纳米CdS对次甲基蓝溶液具有一定的光催化性质，但其光催化降解效果远远低于CdO/CdS异质结纳米复合材料。如图4所示。
实施例3、如实施例2所述，所不同之处在于：
所述九水硫化钠用量为0.1498g(0.624mmol)，纳米氧化镉与九水硫化钠的摩尔比＝1:0.4；制得的混合液室温搅拌20min,超声分散70min；混合液在反应釜中，于170℃下反应11h，制得的产物90℃干燥24h后，置于马弗炉中，400℃焙烧2h，得到CdO/CdS异质结纳米复合材料。
得到CdO/CdS异质结纳米复合材料形貌特征为平均粒径为25～45nm的纳米颗粒组成的六边形纳米片，六边形的边长为320～360nm，厚度为60～70nm。
光催化性质结果表明，光照条件下，实施例3制备的CdO/CdS异质结纳米复合材料180min可使次甲基蓝溶液的降解率达到95.8％，其表观反应速度常数k＝0.01687min-1。同样对次甲基蓝溶液具有较好的光催化性质。其光催化性能明显优于立方-六方混合晶相纳米CdS。
实施例4、如实施例1所述，所不同之处在于：
所述九水硫化钠用量为0.2248g(0.936mmol)，纳米氧化镉与九水硫化钠的摩尔比＝1:0.6，制得的混合液室温搅拌30min,超声分散50min；混合液在反应釜中，于200℃下反应9h；制得的产物80℃干燥36h后，置于马弗炉中，500℃焙烧2h，得到CdO/CdS异质结纳米复合材料。
得到CdO/CdS异质结纳米复合材料形貌特征为平均粒径为30～50nm的纳米颗粒组成的六边形纳米片，六边形的边长为340～370nm，厚度为55～65nm。
光催化性质结果表明，光照条件下，实施例4制备的CdO/CdS异质结纳米复合材料180min可使次甲基蓝溶液的降解率达到96.2％，其表观反应速度常数k＝0.01701min-1。同样对次甲基蓝溶液具有较好的光催化性质。光催化性能明显优于立方-六方混合晶相纳米CdS。
Claims (10)
1.一种用作降解次甲基蓝的光催化剂的六边形CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，包括步骤：
（1）将硝酸镉溶于无水乙醇中，形成硝酸镉乙醇溶液；将氢氧化锂溶于二次蒸馏水中，形成氢氧化锂溶液；所述的硝酸镉与氢氧化锂的摩尔比为 1: 2.4~2.6，在搅拌条件下，将氢氧化锂溶液逐滴加入硝酸镉乙醇溶液中，形成均匀的混合液，继续搅拌50~60min，然后于26~29℃温度下静置5~6h，转移至反应釜中，于180~200℃下反应10~12h；所得产物经洗涤、干燥，得氢氧化镉前驱体；将制得的氢氧化镉前驱体置于马弗炉中，在280~300℃焙烧1.5~2h，得到纳米氧化镉；所述的纳米氧化镉的形貌特征为六边形；边长为260~500 nm，厚度为50~100 nm；
（2）取步骤（1）制得的纳米氧化镉加入硫化钠的水溶液中，使纳米氧化镉与硫化钠的摩尔比为1: 0.4~0.6，于室温下搅拌20~30min，超声分散50~70min，然后置于反应釜中，于170~200℃下反应9~11h；
（3）将步骤（2）的产物经洗涤、干燥后，置于马弗炉中，400~500℃焙烧2h，得到CdO/CdS异质结纳米复合材料；产品形貌特征是由粒径为20~45 nm颗粒组成的六边形纳米片，六边形的边长为250~450nm；其中，CdO为立方晶相，CdS为立方-六方混合晶相。
2.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的硝酸镉与氢氧化锂的摩尔比为1: 2.5。
3.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的洗涤是依次用二次蒸馏水洗涤2~3次、无水乙醇洗涤1次；步骤（1）中所述的干燥，温度为80~85℃，干燥时间为24~30h；氢氧化镉前驱体焙烧温度和时间为300℃焙烧2h。
4.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中反应温度为180~190℃，反应时间为9~10h。
5.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中反应温度为180℃，反应时间为10h。
6.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的洗涤是依次用二次蒸馏水洗涤2~3次、无水乙醇洗涤1次。
7.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的干燥温度为80~90℃，干燥时间为24~36h。
8.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的干燥温度为80℃，干燥时间为28h。
9.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的焙烧温度为450℃。
10.如权利要求1所述的CdO/CdS异质结纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述CdO/CdS异质结纳米复合材料形貌特征为：粒径为30~40nm的纳米颗粒组成的六边形纳米片，六边形的边长为350~400nm，厚度为50~60 nm。
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| CN112897573B (zh) * | 2019-12-03 | 2022-03-18 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 氢氧化镉多孔材料、制备方法及包含该材料的阴极和电池 |
| CN112897572B (zh) * | 2019-12-03 | 2022-05-27 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 二维氢氧化镉材料、制备方法、生长模板及应用 |
| CN112121824A (zh) * | 2020-10-25 | 2020-12-25 | 泉州师范学院 | 一种核壳结构的CoO@CoS复合光催化剂的制备方法及其应用 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1671476A (zh) * | 2002-06-25 | 2005-09-21 | 日铁矿业株式会社 | 高活性光催化剂及其生产方法 |
| CN103691455A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-02 | 上海师范大学 | 介孔CdS/TiO2孔道内植入C60的可见光催化剂及其制备方法 |
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| CN103691455A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-02 | 上海师范大学 | 介孔CdS/TiO2孔道内植入C60的可见光催化剂及其制备方法 |
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Cadmium Oxide Octahedrons and Nanowires on the Micro-Octahedrons: A Simple Solvothermal Synthesis;Tandra Ghoshal等;《Crystal Growth & Design》;20090123;第9卷(第3期);第1287-1292页 * |
| CdO-CdS nanocomposites with enhanced photocatalytic activity for hydrogen generation from water;Shital V. Kahane等;《International Journal of hydrogen energy》;20131011;第38卷;第15012-15018页 * |
| CdS超薄片层包覆TiO2中空结构复合材料的形成和应用;张国强等;《影像科学与光化学》;20150930;第33卷(第5期);第374-282页 * |
| Improving the photoelectrochemical and photocatalytic performance of CdO nanorods with CdS decoration;Wei Li等;《CrystEngComm》;20130315;第15卷;第4212-4216页 * |
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