CN109158114B - 一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法，利用活性炭高温还原硫酸镉，一步法制成炭基复合材料。本发明所制备的CdS@复合光催化剂催化还原CO2获取CO活性较高，还原活性能达到40μmol·g‑1·h‑1，大大高于现有技术，可实现CO2向清洁能源CO高效光还原转化；此外，本发明反应条件简单，无需使用有机及酸碱试剂，所制备的复合材料形貌均一，Cd与表面C形成稳定化学键，环境风险小，适合工业化使用。
Description
技术领域
本发明属于光催化剂制备技术领域，具体涉及一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法。
背景技术
CO2是一种温室气体，排放过多可导致温室效应，引起了全世界的广泛关注，而其还原产物CO可作为一种清洁能源被人们使用。设计制备对可见光响应的光催化剂，利用光催化还原将CO2转化成CO，是一种绿色、节能的技术手段，其中，光催化剂的制备是实现这一转化的技术关键。
在具有可见光响应的催化剂中，CdS具有很好的催化活性，为进一步提高其催化效率，常将CdS负载于多孔材料上，制备CdS复合材料。
现阶段CdS纳米复合材料的合成方法主要有两种方法：一种是分步法，即先利用水热法和液相沉积法合成CdS纳米粒子，而后通过与多孔材料固相混合，经高温焙烧，制得CdS纳米复合材料；另一种是一步法，即以乙二胺和乙二醇等有机溶剂将硝酸镉、硫脲等溶解后，以氨水等酸碱试剂调节体系pH值，与多孔材料进行高温反应后制得。然而，分步法反应步骤复杂，影响因素多，所制得的CdS纳米粒子前驱体容易团聚，从而影响后续复合材料的光催化转化活性；所制得的纳米复合材料中CdS活性成分分散较随机，均匀性差，容易在反应过程中发生光腐蚀而从体系脱落，进入水体造成二次污染。现有在一步法反应过程中使用到了较多的有机溶剂作为分散剂和表面活性剂，以利于反应的均一，对环境影响较大，且使用酸碱试剂调节溶液pH值，提升反应成本，后续提纯复杂，对反应要求较为苛刻。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法。本发明利用活性炭高温还原硫酸镉，一步法制成炭基复合光催化剂，反应条件简单，无需使用有机及酸碱试剂，所制备的复合材料形貌均一，Cd与表面C形成稳定化学键，环境风险小，可实现CO2向清洁能源CO高效光还原转化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法，具体包括以下步骤：
（1）混合：称取无水硫酸镉溶于超纯水中后，再称取粉末活性炭放进所得溶液中，搅拌均匀；
（2）干燥：将步骤（1）所得分散体系于105 ℃下恒温保持12 h后，自然降温至室温；
（3）焙烧：将步骤（2）干燥后的混合物装入刚玉舟，置于管式炉中，在氮气保护下，于 700 ℃下恒温保持2 h后，自然降温至室温；
（4）洗涤：将步骤（3）所得产物连续用超纯水（洗去未被碳还原的硫酸镉）和乙醇（去除体系中可能存在其他杂质）清洗，得到终产物CdS@C复合光催化剂。
步骤（1）中所述的粉末活性炭为过100目筛，比表面积>1200 m2·g-1。
步骤（1）中，所述无水硫酸镉、粉末活性炭和超纯水的质量比为1:1:150。
步骤（2）中，将所得分散体系于105 ℃下恒温保持12 h，其升温速率为1 ℃·min-1。
步骤（3）中，在氮气保护下，于 700 ℃下恒温保持2 h，其升温速率为5 ℃·min-1。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明所制备的CdS@C复合光催化剂催化还原CO2获取CO活性较高，还原活性能达到40 μmol·g-1·h-1，远远高于现有技术；
（2）本发明所制备的CdS@C复合光催化剂中，Cd与表面C形成稳定的化学键，提升了材料的化学稳定性；
（3）本发明制备的CdS@C复合光催化剂中，CdS纳米颗粒分散均一；
（4）本发明制备方法简单，可操作性强，无二次污染，环境风险小，具有很强的应用前景。
附图说明
图1为CdS@C复合光催化剂催化还原CO2效率图；
图2为CdS@C复合光催化剂的XPS图；
图3为CdS@C复合光催化剂的TEM图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例
一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取200 mg无水硫酸镉溶于30 mL的超纯水中后（pH=5.4），再称取200 mg粉末活性炭（过100目筛，比表面积>1200 m2·g-1）放进所得溶液中，搅拌均匀；
（2）将步骤（1）所得分散体系放入箱式鼓风干燥箱中，以1 ℃·min-1的速率升温至105 ℃，恒温保持12 h后，自然降温至室温；
（3）焙烧：将步骤（2）干燥后的混合物装入刚玉舟，置于管式炉中，在氮气保护下，以5 ℃·min-1 的速率升温至700 ℃，恒温保持2 h后，自然降温至室温；
（4）洗涤：将步骤（3）所得产物连续用超纯水（洗去未被碳还原的硫酸镉）和乙醇（去除体系中可能存在其他杂质）清洗，得到终产物CdS@C复合光催化剂。
所制得的CdS@C复合光催化剂中，CdS纳米颗粒分散均一（如图3所示），Cd与表面C形成稳定的化学键，提升了材料的化学稳定性（如图2所示，283.5 eV所在峰为C-Cd键）；将制得的CdS@C复合光催化剂用于光催化还原CO2获取CO，还原活性能达到40 μmol·g-1·h-1（如图1所示），远远高于现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种一步法制备CdS@C复合光催化剂的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）混合：称取无水硫酸镉溶于超纯水中后，再称取粉末活性炭放进所得溶液中，搅拌均匀；
（2）干燥：将步骤（1）所得分散体系于105 ℃下恒温保持12 h后，自然降温至室温；
（3）焙烧：将步骤（2）干燥后的混合物装入刚玉舟，置于管式炉中，在氮气保护下，于700 ℃下恒温保持2 h后，自然降温至室温；
（4）洗涤：将步骤（3）所得产物连续用超纯水和乙醇清洗，得到终产物CdS@C复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的粉末活性炭为过100目筛，比表面积>1200 m2·g-1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述无水硫酸镉、活性炭和超纯水的质量比为1:1:150。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，将所得分散体系于105℃下恒温保持12 h，其升温速率为1 ℃·min-1。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，在氮气保护下，于 700℃下恒温保持2 h，其升温速率为5 ℃·min-1。
6.一种如权利要求1所述的制备方法制得的CdS@C复合光催化剂的应用，其特征在于：所述CdS@C复合光催化剂用于光催化还原CO2获取CO。
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