CN109433229A - 一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，本发明涉及半导体复合材料制备方法领域。本发明要解决现有催化剂对太阳能转化率低、成本高的技术问题。本方法：首先将CdS纳米棒浸泡在含有二甲基咪唑的甲醇溶液中，二甲基咪唑利用甲醇中微量的水进行水解，使CdS纳米棒表面形成局部碱性环境，然后将Co(NO3)2的甲醇溶液加入上述溶液中，得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；最后通过在惰性气氛中煅烧，得到CdS/CoO纳米异质结构催化剂。本材料在没有贵金属材料作为助催化剂的条件下，充分利用了可见光，增加了太阳能的转化利用率，对于可见光区域有很好的光响应。该材料可用作光解水制氢反应中。
Description
技术领域
本发明涉及半导体复合材料制备方法领域。
背景技术
随着当今社会的快速发展，在很久之前形成，孕育数百年的化石燃料，如煤炭、天然气和石油等这些在人类生活中起着重要作用的不可再生能源，正在不断的减少，甚至濒临枯竭。同时这些化石燃料在燃烧使用的过程中，会释放很多空气污染物，比如常见的氮氧化物、硫氧化物和碳氧化物等，这些都会使全球气候发生变化，严重危害着人类生存。因此，寻找可再生、清洁的能源，成了当今科研工作者迫在眉睫的任务和使命。通过光催化水分解产生大量的氢，在这个催化过程中，只涉及到质子、能量和水之间的转化，并没有产生任何的副产物和污染物。因此，光催化过程对于能量和环境方面做出了极大的贡献。而制备催化剂，有效的吸收太阳光，促进水分解成为了具有挑战的任务。太阳能光谱包括仅占全谱6.8％的紫外光谱(小于400nm)、38.9％的可见光光谱(400-700nm)、还有54.3％的红外光谱(760-3000nm)。从波谱的分布可以看出，发展可见光下有活性、价廉、有效稳定的催化剂是一项非常有意义的工作。但是，目前多种半导体相结合的复合材料，不能充分的利用太阳能光谱，大多数催化剂依靠贵金属等作为助催化剂，从而使制备成本较高。而如果在光催化领域设计并合成一种能够高效利用可见光的催化剂，对于光催化领域而言，又将会是一个新的突破。
发明内容
本发明要解决现有催化剂对太阳能转化率低、成本高的技术问题，而提供一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法。
一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，按以下步骤进行：
一、将Cd(NO3)2·4H2O和NH2CSNH2放入乙二胺溶液中，进行超声处理，溶液变澄清后，放入聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应；然后冷却到室温，再用去离子水和无水乙醇清洗，干燥，得到CdS纳米棒；
二、将步骤一得到的CdS纳米棒放入含有二甲基咪唑的甲醇溶液中，超声分散均匀后，加入含有Co(NO3)2的甲醇溶液，搅拌，然后用甲醇离心洗涤，得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；
三、将步骤二得到的CdS/Co(OH)2纳米复合材料，在氩气氛下，煅烧，得到所述CdS/CoO纳米异质结构。
进一步，步骤一中Cd(NO3)2·4H2O、NH2CSNH2和乙二胺溶液的质量体积比为(1～2)g∶(1～2)g∶(30～50)mL。
进一步，步骤一中所述的水热温度为160～180℃，水热时间为24～48h。
进一步，步骤二中二甲基咪唑与二甲基咪唑的甲醇溶液体积的质量体积比为(0.8～1.0)g∶(50～100)mL。
进一步，步骤二中Co(NO3)2与Co(NO3)2的甲醇溶液的质量体积比为(2～3)g∶(50～100)mL。
进一步，步骤二中搅拌时间为10～360min。
进一步，步骤二中搅拌时间为60min。
进一步，步骤三中的升温速率为2～5℃/min。
进一步，步骤三中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为2～6h。
进一步，步骤三中煅烧温度为500℃，煅烧时间为3h。
本发明的有益效果是：
本发明将CdS纳米棒浸泡在含有二甲基咪唑的甲醇溶液中，二甲基咪唑利用甲醇中微量的水进行水解，使CdS纳米棒表面形成局部碱性环境，然后将Co(NO3)2的甲醇溶液加入上述溶液中，得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；最后通过在惰性气氛中煅烧，得到性能优异的CdS/CoO纳米异质结构催化剂
本发明得到的CdS/CoO纳米异质结构，对可见光有很好的光响应，并且两种半导体之间交错的能带更好的促进了电子和空穴的分离，使之作为光催化产氢催化剂时，在没有贵金属等助催化剂存在的条件下，产氢速率可以达到6.45mmol g-1h-1。并且这种三元异质结构的催化剂具有很好的重复利用性，在重复五次实验后，产氢速率基本没有变化。
本材料在没有贵金属材料作为助催化剂的条件下，充分利用了可见光，增加了太阳能的转化利用率，促进了光生电子和空穴的分离，降低了反应成本，为制备具有高效率的催化剂提供了新思路。
本发明制备的CdS/CoO纳米异质结构用作光解水制氢反应中，应用于催化剂领域。
附图说明
图1是实施例一制备的CdS纳米棒的扫描电子显微镜(SEM)图；
图2是实施例一制备的CdS/Co(OH)2纳米复合材料扫描电子显微镜(SEM)图；
图3是实施例一制备的CdS/Co(OH)2纳米复合材料透射电子显微镜(TEM)图；
图4是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构扫描电子显微镜(SEM)图；
图5是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构透射电子显微镜(TEM)图；
图6是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构高倍透射电子显微镜(HRTEM)图；
图7是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构选区电子衍射(SAED)图；
图8是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的高角环形暗场像-扫描透射电子像中扫描透射显微镜照片；
图9是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的高角环形暗场像-扫描透射电子像中Cd元素分布图；
图10是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的高角环形暗场像-扫描透射电子像中S元素分布图；
图11是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的高角环形暗场像-扫描透射电子像中Co元素分布图；
图12是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的高角环形暗场像-扫描透射电子像中O元素分布图；
图13是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的XRD谱图，其中●代表CdS，★代表CoO，；
图14是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的Raman谱图；
图15是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的XPS谱图(全谱图)；
图16是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构Cd元素的X射线光电子能谱图；
图17是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构S元素的X射线光电子能谱图；
图18是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构Co元素的X射线光电子能谱图；
图19是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构O元素的X射线光电子能谱图；
图20是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的UV-Vis谱图；
图21是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的PL谱图；
图22是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的Mott-schottky谱图；
图23是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的PC谱图；
图24是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的产氢速率对比图谱；
图25是实施例一制备的CdS/CoO纳米异质结构的循环使用后产氢速率图谱。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，按以下步骤进行：
一、将Cd(NO3)2·4H2O和NH2CSNH2放入乙二胺溶液中，进行超声处理，溶液变澄清后，放入聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应；然后冷却到室温，再用去离子水和无水乙醇清洗，干燥，得到CdS纳米棒；
二、将步骤一得到的CdS纳米棒放入含有二甲基咪唑的甲醇溶液中，超声分散均匀后，加入含有Co(NO3)2的甲醇溶液，搅拌，然后用甲醇离心洗涤，得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；
三、将步骤二得到的CdS/Co(OH)2纳米复合材料，在氩气氛下，煅烧，得到所述CdS/CoO纳米异质结构。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中Cd(NO3)2·4H2O、NH2CSNH2和乙二胺溶液的质量体积比为(1～2)g∶(1～2)g∶(30～50)mL。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的水热温度为160～180℃，水热时间为24～48h。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中二甲基咪唑与二甲基咪唑的甲醇溶液体积的质量体积比为(0.8～1.0)g∶(50～100)mL。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中Co(NO3)2与Co(NO3)2的甲醇溶液的质量体积比为(2～3)g∶(50～100)mL。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中搅拌时间为10～360min。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中搅拌时间为60min。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中的升温速率为2～5℃/min。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为2～6h。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中煅烧温度为500℃，煅烧时间为3h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，按以下步骤进行：
一、将1.87g Cd(NO3)2·4H2O和1.38g NH2CSNH2放入30mL乙二胺溶液中，进行超声处理，溶液变澄清后，放入聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应，水热温度为160℃，水热时间为24h；然后冷却到室温，再用去离子水和无水乙醇清洗，干燥，得到CdS纳米棒；
二、将步骤一得到的CdS纳米棒放入含有0.82g二甲基咪唑的100mL甲醇溶液中，超声分散均匀后，加入含有2.91g Co(NO3)2的100mL甲醇溶液，搅拌60min，然后用甲醇离心洗涤，得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；
三、将步骤二得到的CdS/Co(OH)2纳米复合材料，在氩气氛下，控制升温速率为2℃/min，进行煅烧，煅烧温度为600℃，煅烧时间为2h得到所述CdS/CoO纳米异质结构。
本实施例步骤一制备的CdS纳米棒的扫描电子显微镜(SEM)图如图1所示，从图1可以看出，CdS纳米棒的宽度为50-80nm左右，长度为1-2μm。
本实施例步骤二得到的CdS/Co(OH)2纳米复合材料的SEM图如图2所示，透射电子显微镜(TEM)图如图3所示，从图2和图3可以看出，经过二甲基咪唑水解在CdS纳米棒表面形成局部碱性环境后，Co2+的加入使得CdS纳米棒周围生长上一种Co(OH)2纳米片，并且这种Co(OH)2纳米片非常薄。
本实施例步骤三得到的CdS/CoO纳米异质结构的SEM照片如图4所示，TEM图如图5所示，从图4和图5可知，经过煅烧后得到的CoO纳米颗粒尺寸非常小，只有几个纳米左右，并且均匀的分布在CdS纳米棒表面。
本实施例步骤三得到的CdS/CoO纳米异质结构的HRTEM图如图6所示，从图6中可以看出，CoO粒子尺寸很小，并且CdS的晶面间距为0.358nm，对应着其(100)晶面；CoO的晶面间距为0.246nm，对应其(111)晶面。
本实施例步骤三得到的CdS/CoO纳米异质结构的SAED图如图7所示，从图7中所得到的电子衍射图谱也可分析出CdS/CoO纳米异质结构的晶面结构信息，与HRTEM图谱的结果相一致。
本实施例步骤三得到的CdS/CoO纳米异质结构的高角环形暗场像-扫描透射电子像中扫描透射显微镜照片如图8所示，其中Cd元素分布图如图9所示，S元素分布图如图10所示，Co元素分布图如图11所示，O元素分布图如图12所示，从图8-12可以看出，Cd、S、Co和O四种元素均匀分布在CdS纳米棒表面，同时这也说明了本试验已经成功制备出CdS/CoO纳米异质结构。图13为本实施例制备的CdS纳米棒、CdS/Co(OH)2纳米复合材料和CdS/CoO纳米异质结构的XRD图谱，其中●代表CdS，★代表CoO，从图13中可以看出，CdS纳米棒是六方晶系，对应PDF卡片41-1049；从CdS/CoO纳米异质结构的XRD图可以看出，CoO纳米粒子对应PDF卡片43-1004，其中位于2θ为36.5°，42.4°，61.5°，73.7°和77.6°处的峰分别对应着CoO纳米粒子的(111),(200),(220),(311)和(222)晶面。并且在XRD图中，没有发现归属于Co(OH)2纳米片的特征峰，因此我们猜测通过这种方法制备的Co(OH)2纳米片是以无定形的方式存在的。
图14为本实施例制备的CdS纳米棒、CdS/Co(OH)2纳米复合材料和CdS/CoO纳米异质结构的Raman图谱，从图14中可以看出，位于450cm-1和509cm-1处的两个峰归属于Co(OH)2纳米片，这也进一步证实了Co(OH)2纳米片的存在。并且我们发现，位于485cm-1,530cm-1和690cm-1处的峰是CoO纳米粒子的特征峰，这些实验结果表明我们已经成功制备了这三种材料。
为了更进一步的分析样品的存在形式，将本实施例得到的CdS/CoO纳米异质结构进行X射线光电子能谱分析，其中全谱图如图15所示，Cd元素的X射线光电子能谱图如图16所示，S元素的X射线光电子能谱图如图17所示，Co元素的X射线光电子能谱图如图18所示，O元素的X射线光电子能谱图如图19所示，从图15中的总谱可以看出，该物质内包含Cd、S、Co和O四种元素。从图16Cd元素的图谱中可以看出，Cd元素的3d轨道中405.2eV和411.8eV的能级分别对应Cd的3d5/2和3d3/2；从图17S元素的图谱中可以看出，S元素的2p轨道中161.2eV和162.6eV的能级分别对应S的2p3/2和2p1/2；从图18和图19中可以得到，位于780.2eV和796.2eV处的峰归属于Co元素的2p轨道，而位于529.2eV和531.4eV处的峰则是O元素的1s轨道所引起的。这说明我们已经成功的制备了CdS/CoO纳米异质结构。
对本实施例制备的CdS纳米棒和CdS/CoO纳米异质结构进行吸收光谱测试，得到的吸收光谱图如图20所示。从图20可以看出，CdS纳米棒的吸收范围在300-500nm之间，CoO纳米粒子的加入使得CdS/CoO纳米异质结构在可见光区有响应，并且在波长范围为700-800nm之间有很高的吸收。这使得材料可以更好的利用太阳光，从而进行光催化反应。
本实施例制备的CdS纳米棒和CdS/CoO纳米异质结构的荧光光谱如图21所示。CdS/CoO纳米异质结构的荧光光谱强度明显低于CdS纳米棒的荧光光谱强度，这说明CoO纳米粒子的引入有效的抑制了电子和空穴的复合，提高了载流子的分离效率。
将CdS纳米棒和CdS/CoO纳米异质结构两种样品进行莫特肖特基测试，得到的莫特肖特基图谱如图22所示，其中■代表CdS，●代表CdS/CoO，从图22中可以看出，CdS纳米棒和CdS/CoO纳米异质结构的载流子密度分别为0.24×1017和0.32×1018cm-3，这是由于复合材料中CdS和CoO形成的异质结促进了电子和空穴的分离，缩短了光生载流子的寿命。
图23为CdS纳米棒和CdS/CoO纳米异质结构两种样品的光电流图谱，如图23所示，CdS/CoO纳米异质结构的光电流明显高于CdS纳米棒，这是由于复合材料中CdS和CoO形成的异质结促进了电子和空穴的分离，缩短了光生载流子的寿命。
对比实验：
再来制备作为对比材料的CdS/CoO纳米异质结构，其制备方法如下：将实施例一步骤一得到的CdS纳米棒放入含有0.82g二甲基咪唑的100mL甲醇溶液中，超声均匀分散后，将含有2.91g Co(NO3)2的100mL甲醇溶液倒入上述溶液中分别搅拌15,180和360min后，用甲醇离心洗涤，即可得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；将步骤二得到的CdS/Co(OH)2纳米复合材料，以2℃/min的升温速率在氩气氛围下，温度为600℃煅烧2h，即可得到所述CdS/CoO-x纳米异质结构，其中x分别代表生成CdS/Co(OH)2纳米复合材料所需的搅拌时间15min,180min和360min。
将对比试验制备的CdS/CoO-0.25h、CdS/CoO-3h和CdS/CoO-6h，和实施例一步骤三制备的CdS/CoO-1h四种样品应用到光催化分解水制氢的反应中得到的不同材料的产氢速率图如图24所示，从图24可知CdS/CoO-1h纳米异质结构催化剂有很好的催化性能，产氢速率可以达到6.45mmol g-1h-1。
图25为将实施例一制备的CdS/CoO-1h应用到光催化分解水制氢的反应中，重复五次实验得到的数据结果，可以从图中看出，该催化剂具有很好的催化性能和循环稳定性，在重复五次实验后，产氢速率依然很高。
根据上述实施例一制备的产品的表征结果可以得出，采用本实施例成功地制备了具有高太阳能转化效率，并且低成本的CdS/CoO纳米异质结构。该催化剂在光催化水分解的实验应用中，具有优异的催化性能。
实施例二：
本实施例一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，按以下步骤进行：
一、将2.0g Cd(NO3)2·4H2O和2.0g NH2CSNH2放入30mL乙二胺溶液中，进行超声处理，溶液变澄清后，放入聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为48h；然后冷却到室温，再用去离子水和无水乙醇清洗，干燥，得到CdS纳米棒；
二、将步骤一得到的CdS纳米棒放入含有1.0g二甲基咪唑的100mL甲醇溶液中，超声分散均匀后，加入含有2.0g Co(NO3)2的100mL甲醇溶液，搅拌30min，然后用甲醇离心洗涤，得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；
三、将步骤二得到的CdS/Co(OH)2纳米复合材料，在氩气氛下，控制升温速率为4℃/min，进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为3h得到所述CdS/CoO纳米异质结构。
本实施例得到的CdS/CoO纳米异质结构催化剂应用到光催化分解水制氢的反应中，取得了很好的光催化活性效果。
Claims (10)
1.一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、将Cd(NO3)2·4H2O和NH2CSNH2放入乙二胺溶液中，进行超声处理，溶液变澄清后，放入聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应；然后冷却到室温，再用去离子水和无水乙醇清洗，干燥，得到CdS纳米棒；
二、将步骤一得到的CdS纳米棒放入含有二甲基咪唑的甲醇溶液中，超声分散均匀后，加入含有Co(NO3)2的甲醇溶液，搅拌，然后用甲醇离心洗涤，得到CdS/Co(OH)2纳米复合材料；
三、将步骤二得到的CdS/Co(OH)2纳米复合材料，在氩气氛下，煅烧，得到所述CdS/CoO纳米异质结构。
2.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤一中Cd(NO3)2·4H2O、NH2CSNH2和乙二胺溶液的质量体积比为(1～2)g∶(1～2)g∶(30～50)mL。
3.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤一中所述的水热温度为160～180℃，水热时间为24～48h。
4.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤二中二甲基咪唑与二甲基咪唑的甲醇溶液体积的质量体积比为(0.8～1.0)g∶(50～100)mL。
5.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤二中Co(NO3)2与Co(NO3)2的甲醇溶液的质量体积比为(2～3)g∶(50～100)mL。
6.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤二中搅拌时间为10～360min。
7.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤二中搅拌时间为60min。
8.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤三中的升温速率为2～5℃/min。
9.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤三中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为2～6h。
10.根据权利要求1所述的一种CdS/CoO纳米异质结构的制备方法，其特征在于步骤三中煅烧温度为500℃，煅烧时间为3h。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109911945A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-06-21 | 福州大学 | 一种基于肖特基结的二硫化钴/硫化镉复合材料的制备及其应用 |
| CN113003603A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-06-22 | 中国石油大学(华东) | 一种CdS/Co3O4复合材料、制备方法及其在光激发下对丙酮气体检测中的应用 |
| CN113368874A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-10 | 福建技术师范学院 | 一种上转换光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113769764A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-10 | 东莞理工学院 | 一种CdS/Cu7S4/CdMoO4纳米异质结构的制备方法及应用 |
| CN114505076A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种CoO/h-TiO2纳米异质结构的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101767021A (zh) * | 2009-12-17 | 2010-07-07 | 南京林业大学 | 一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法 |
| CN106622293A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种H‑TiO2/CdS/Cu2‑xS纳米带的制备方法 |
| CN108598399A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-09-28 | 陕西科技大学 | 一种氧化钴/氧化钼分级异质结构纳米片及其制备方法 |
-
2018
- 2018-12-21 CN CN201811573324.9A patent/CN109433229B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101767021A (zh) * | 2009-12-17 | 2010-07-07 | 南京林业大学 | 一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法 |
| CN106622293A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种H‑TiO2/CdS/Cu2‑xS纳米带的制备方法 |
| CN108598399A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-09-28 | 陕西科技大学 | 一种氧化钴/氧化钼分级异质结构纳米片及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| YE LIU 等: "Construction of CdS/CoOx core-shell nanorods for efficient photocatalytic H2 evolution", 《APPLIED CATALYSIS B：ENVIRONMENTAL》 * |
| ZHIPING YAN ET AL.: ""Noble metal-free cobalt oxide (CoOx) nanoparticles loaded on titanium dioxide/cadmium sulfide composite for enhanced photocatalytic hydrogen production from water"", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 * |
| 毛永强 等: "CoO/CdS纳米复合材料的制备及其光催化降解亚甲基蓝的研究", 《硅酸盐通报》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109911945A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-06-21 | 福州大学 | 一种基于肖特基结的二硫化钴/硫化镉复合材料的制备及其应用 |
| CN113003603A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-06-22 | 中国石油大学(华东) | 一种CdS/Co3O4复合材料、制备方法及其在光激发下对丙酮气体检测中的应用 |
| CN113003603B (zh) * | 2021-03-09 | 2022-05-31 | 中国石油大学(华东) | 一种CdS/Co3O4复合材料、制备方法及其在光激发下对丙酮气体检测中的应用 |
| CN113368874A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-10 | 福建技术师范学院 | 一种上转换光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113368874B (zh) * | 2021-05-26 | 2023-02-10 | 福建技术师范学院 | 一种上转换光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113769764A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-10 | 东莞理工学院 | 一种CdS/Cu7S4/CdMoO4纳米异质结构的制备方法及应用 |
| CN113769764B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-06-02 | 东莞理工学院 | 一种CdS/Cu7S4/CdMoO4纳米异质结构的制备方法及应用 |
| CN114505076A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种CoO/h-TiO2纳米异质结构的制备方法 |
| CN114505076B (zh) * | 2022-03-03 | 2024-01-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种CoO/h-TiO2纳米异质结构的制备方法 |
Also Published As
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