CN107265496A - 一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉及其制备方法和应用 - Google Patents

一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉及其制备方法和应用，该硫化镉的微观形貌为片状结构，硫化镉纳米片长度为25‑50nm，宽度为8‑15nm。本发明以(半)五水合氯化镉和升华硫为原料，以去离子水和二乙烯三胺为溶剂，采用溶剂热法来制备硫化镉，通过调控原材料中(半)五水合氯化镉和升华硫的物质的量之比来调控硫化镉中六方相和立方相含量，从而进一步实现对制备的硫化镉可见光光催化分解水制氢能力的优化。

Description

一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及纳米材料及光解水制氢技术领域，更具体地说，是关于一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉及其制备方法及其在光解水制氢领域的应用。
背景技术
氢作为一种新型能源，能量密度高，可以储存及运输，且其燃烧产物只有水，不会对环境产生污染。自1972年Fujishima和Honda等研究发现TiO2单晶电极可在光照下分解水产生氢气和氧气，并将光能成功的转换为电能和化学能以来，光催化制氢受到了许多研究机构的青睐，各种新型光催化剂层出不穷。
CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅳ族半导体化合物，其禁带宽度约为2.4eV，是一种良好的可见光光催化材料。它可以吸收波长小于516nm的可见光。CdS的导带(-0.87eV)足以用来还原H2O，价带(+1.5eV)在理论上是适合氧化水的。然而，纯的CdS在光催化制氢方面表现较差，这主要是因为在光催化过程中，CdS产生的光生电子-空穴对会快速复合。利用半导体材料同质多晶的特性来形成异质结，从而抑制光生电子与空穴的复合，这是被众多学者所看好的方法。CdS拥有六方相和立方相两种晶相，六方相CdS对可见光有较强的响应，立方相CdS对可见光响应较弱。六方相CdS导带位置比立方相CdS更负，将六方相CdS和立方相CdS结合起来形成异质结，可使得光生电子从六方相CdS转移到立方相CdS，从而抑制光生电子与空穴的复合。如何调控CdS中六方相和立方相的含量，以提高CdS的光催化制氢能力，这是本发明的重点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于：提供一种调控硫化镉中六方相和立方相含量的方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉，该硫化镉同时包含六方相和立方相并且其含量可进行调节，该硫化镉的微观形貌为片状结构，硫化镉纳米片的长度为25-50nm，宽度为8-15nm。
优选地，一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉的制备方法，采用溶剂热法，具体步骤如下：
(1)将升华硫溶于二乙烯三胺中，并在室温下搅拌0.8-1.2h；
(2)将(半)五水合氯化镉溶于去离子水中，并在室温下搅拌18-22min；
(3)将步骤(1)中的溶液和步骤(2)中的溶液混合，并在室温下搅拌0.8-1.2h；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，利用干燥箱在75-85℃下加热45-50h；
(5)加热后的产物自然冷却至室温，再通过去离子水和无水乙醇离心洗涤，在55-65℃下干燥10-15h即可。
优选地，通过调控(半)五水合氯化镉和升华硫的物质的量之比来调控硫化镉中六方相和立方相含量。
优选地，能够用于光催化制氢，当(半)五水合氯化镉和升华硫的物质的量之比为1:1时，光催化制氢效率最高。
本发明的有益效果在于：
与现有技术相比，本发明的硫化镉采用溶剂热法制备，通过调控(半)五水合氯化镉和升华硫的物质的量之比来调控硫化镉中六方相和立方相含量。其优势在于：
(1)本发明采用的工艺简单易行，能耗较低，有利于大规模推广；
(2)本发明可以有目的地调控CdS中六方相和立方相的含量。
附图说明
图1为不同Cd与S物质的量之比下制备的CdS的X射线衍射图谱；
图2为Cd与S的物质的量之比为1:1时制备的CdS的透射电子显微镜图片；
图3为不同Cd与S物质的量之比下制备的CdS的光解水制氢速率图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，仅仅是对本发明构思所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应视为落入本发明的保护范围。
实施例1
一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉的制备方法，具体步骤如下：
(1)将0.2566g升华硫溶于25ml二乙烯三胺中，并在室温下搅拌1h；
(2)将0.2284g(半)五水合氯化镉(使得Cd与S的物质的量之比为1:8)溶于25ml去离子水中，并在室温下搅拌20min；
(3)将步骤(1)中的溶液和步骤(2)中的溶液混合，并在室温下搅拌1h；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，利用干燥箱在80℃下加热48h；
(5)加热后的产物自然冷却至室温，再通过去离子水和无水乙醇离心洗涤，在60℃下干燥12h。
本实施例制备的硫化镉中六方相含量为72％，立方相含量为28％。在可见光(λ≥400nm)下硫化镉的光催化制氢速率为5623.25μmol g-1h-1。
实施例2
本实施例制备方法同实施例1，不同之处是步骤(2)中(半)五水合氯化镉的质量改为0.4568g，使得Cd与S的物质的量之比为1:4。
本实施例制备的硫化镉中六方相含量为68％，立方相含量为32％。在可见光(λ≥400nm)下硫化镉的光催化制氢速率为8543μmol g-1h-1。
实施例3
本实施例制备方法同实施例1，不同之处是步骤(2)中(半)五水合氯化镉的质量改为1.8273g，使得Cd与S的物质的量之比为1:1。
本实施例制备的硫化镉的形貌如图2所示，CdS呈现片状结构。CdS中六方相含量为60.3％，立方相含量为39.7％。在可见光(λ≥400nm)下硫化镉的光催化制氢速率为17501μmol g-1h-1。
实施例4
本实施例制备方法同实施例1，不同之处是步骤(2)中(半)五水合氯化镉的质量改为7.3092g，使得Cd与S的物质的量之比为4:1。
本实施例制备的硫化镉中六方相含量为57.5％，立方相含量为42.5％。在可见光(λ≥400nm)下硫化镉的光催化制氢速率为14141.875μmol g-1h-1。
实施例5
本实施例制备方法同实施例1，不同之处是步骤(2)中(半)五水合氯化镉的质量改为14.6184g，使得Cd与S的物质的量之比为8:1。
本实施例制备的硫化镉中六方相含量为45.8％，立方相含量为54.2％。在可见光(λ≥400nm)下硫化镉的光催化制氢速率为7267.75μmol g-1h-1。

Claims (4)

1.一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉，其特征在于：该硫化镉同时包含六方相和立方相并且其含量可进行调节，该硫化镉的微观形貌为片状结构，硫化镉纳米片的长度为25-50nm，宽度为8-15nm。
2.一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉的制备方法，其特征在于：采用溶剂热法，具体步骤如下：
(1)将升华硫溶于二乙烯三胺中，并在室温下搅拌0.8-1.2h；
(2)将(半)五水合氯化镉溶于去离子水中，并在室温下搅拌18-22min；
(3)将步骤(1)中的溶液和步骤(2)中的溶液混合，并在室温下搅拌0.8-1.2h；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，利用干燥箱在75-85℃下加热45-50h；
(5)加热后的产物自然冷却至室温，再通过去离子水和无水乙醇离心洗涤，在55-65℃下干燥10-15h即可。
3.根据权利要求2所述的一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉的制备方法，其特征在于：通过调控(半)五水合氯化镉和升华硫的物质的量之比来调控硫化镉中六方相和立方相含量。
4.一种可调控六方相和立方相含量的硫化镉的应用，其特征在于：能够用于光催化制氢，当(半)五水合氯化镉和升华硫的物质的量之比为1:1时，光催化制氢效率最高。
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