CN110882704A - 一种棒状硫化镉复合钨酸铋z型异质结光催化材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备方法，包括步骤：硫化镉纳米棒的制备、钨酸铋的制备和棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备。本发明的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料具有无二次污染，光催化活性较好等优点，具有一定的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备及应用技术领域，涉及一种棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备方法。
背景技术
在过去的几十年中，半导体光催化剂已经在材料，化学，环境等许多多学科领域得到广泛研究。数百种半导体光催化剂已被用于多功能应用，如氢气（H2）生产和能源领域的二氧化碳减排，以及环境污染控制中的污水处理和空气净化。然而，这些半导体光催化剂都不能满足实际应用的所有要求，例如，太阳能的高利用率，高安全性，高效率，高稳定性和低成本。因此，通过偶联优化性能，添加助催化剂，构建合适的异质结等来开发性能优异的光催化材料是当务之急。与常规异质结相比，具有直接Z型异质结的光催化剂显示出相当强的氧化还原能力并阻碍光生载流子的重组。这是因为较低导带（CB）上的光生电子将与较高价带（VB）上的光生空穴重新结合，模仿植物的光合作用，以保持光生载流子的较高氧化还原活性。此外，由于光生载流子之间的静电吸引，Z型异质结结的载流子迁移在物理上比传统异质结更可行。
在所研究的各种类型的半导体光催化剂中，具有适当带隙（2.4eV）的硫化镉为了克服光生载流子快速复合和光致腐蚀等缺点，在改性研究方面进行了许多研究，包括复合其他半导体材料构筑异质结。钨酸铋作为二元金属氧化物，拥有2.92 eV的窄带，已经引起越来越多的关注，因为与单金属氧化物相比，钨酸盐中的W原子可以显着提高电导率。本发明拟通过原位水热法合成新型棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料，由于钨酸铋到硫化镉的快速电子注入导致较慢的重组速率和延长光生载流子的寿命，使得制备的光催化剂表现出显著增强的光催化降解效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）硫化镉纳米棒的制备：将4.66 g Cd(NO3)2·4H2O与3.45 g硫脲同时溶于70 mL乙二胺中，在室温下搅拌30 min。然后将上述混合物转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在160 ℃下持续反应24 h，当反应釜冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤所得产物，并在60 ℃下干燥8 h。
（2）钨酸铋的制备：称取0.97014g的 Bi(NO3)3·5H2O，0.32985 g的Na2WO4·2H2O，0.05g CTAB，将它们依次倒入洁净的100 mL烧杯中，加入80 mL去离子水，在室温下搅拌30min。然后将混合物转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，在200℃下持续反应24 h。反应结束后，将反应物冷却至室温，离心分离，用水和乙醇依次清洗，所得产物在60 ℃下干燥24 h后即为钨酸铋。
（3）棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备：称取步骤（1）所制备的硫化镉与步骤（2）所制备的钨酸铋，分别加入到20 mL无水乙醇中，超声搅拌1 h后，分别得到硫化镉悬浮液和钨酸铋悬浮液。然后将硫化镉悬浮液逐滴滴加到钨酸铋悬浮液中，室温下超声1 h后继续搅拌24 h。然后离心收集，用水和乙醇依次清洗，最后将所得产物在60 ℃下干燥24小时，得到棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料。
进一步地，所述的步骤（2）中 Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O的摩尔比为1:1。
进一步地，所述的步骤（3）中钨酸铋与硫化镉质量比分别为60 wt%~100 wt%。
本发明的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料具有无污染，光催化活性较好等优点，具有一定的实际应用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1制备得到的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的扫描电镜图；
图2是本发明实施例1制备得到的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的X射线衍射图；
图3是本发明实施例1制备得到的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的降解罗丹明B（RhB）的光催化活性图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
（1）硫化镉纳米棒的制备：将4.66 g Cd(NO3)2·4H2O与3.45 g硫脲同时溶于70 mL乙二胺中，在室温下搅拌30 min。然后将上述混合物转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在160 ℃下持续反应24 h，当反应釜冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤所得产物，并在60 ℃下干燥8 h。
（2）钨酸铋的制备：称取0.9701g的 Bi(NO3)3·5H2O，0.3299 g的Na2WO4·2H2O，0.05g CTAB，将它们依次倒入洁净的100 mL烧杯中，加入80 mL去离子水，在室温下搅拌30min。然后将混合物转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，在200℃下持续反应24 h。反应结束后，将反应物冷却至室温，离心分离，用水和乙醇依次清洗，所得产物在60 ℃下干燥24 h后即为钨酸铋。
（3）棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备：称取步骤（1）所制备的硫化镉0.1 g与步骤（2）所制备的钨酸铋0.06 g，分别加入到20 mL无水乙醇中，超声搅拌1h后，分别得到硫化镉悬浮液和钨酸铋悬浮液。然后将硫化镉悬浮液逐滴滴加到钨酸铋悬浮液中，室温下超声1 h后继续搅拌24 h。然后离心收集，用水和乙醇依次清洗，最后将所得产物在60 ℃下干燥24小时，得到棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料。
实施例1
（1）硫化镉纳米棒的制备：将4.66 g Cd(NO3)2·4H2O与3.45 g硫脲同时溶于70 mL乙二胺中，在室温下搅拌30 min。然后将上述混合物转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在160 ℃下持续反应24 h，当反应釜冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤所得产物，并在60 ℃下干燥8 h。
（2）钨酸铋的制备：称取0.9701g的 Bi(NO3)3·5H2O，0.3299 g的Na2WO4·2H2O，0.05g CTAB，将它们依次倒入洁净的100 mL烧杯中，加入80 mL去离子水，在室温下搅拌30min。然后将混合物转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，在200℃下持续反应24 h。反应结束后，将反应物冷却至室温，离心分离，用水和乙醇依次清洗，所得产物在60 ℃下干燥24 h后即为钨酸铋。
（3）棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备：称取步骤（1）所制备的硫化镉0.1 g与步骤（2）所制备的钨酸铋0.1 g，分别加入到20 mL无水乙醇中，超声搅拌1 h后，分别得到硫化镉悬浮液和钨酸铋悬浮液。然后将硫化镉悬浮液逐滴滴加到钨酸铋悬浮液中，室温下超声1 h后继续搅拌24 h。然后离心收集，用水和乙醇依次清洗，最后将所得产物在60 ℃下干燥24小时，得到棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料。
实施例1所制备的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的扫描电镜图如图1所示，从图1可以看出，本实施方式制备的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的形貌为片状钨酸铋表面包覆棒状CdS，且分布较为均匀。
实施例1所制备的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的X射线衍射图谱如图2所示。由图可知，所制备的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的XRD衍射在24.81˚，26.51˚，28.18˚，36.62˚和43.68˚是硫化镉的特征衍射峰。25.4°，28.2°，47.1°与55.8°是钨酸铋的特征衍射峰。因此，可以证明硫化镉与钨酸铋复合在一起，并且未改变自身晶型。
用所制备的棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料来催化降解罗丹明B（RhB）溶液，按照下述步骤进行：
分别称取20 mg不同催化剂放入试管中，加入50 mL 20mg/L RhB溶液，用带有420 nm滤光片的500 W氙灯作为光源，进行光催化降解反应。暗反应时间为1h ，光照以后，每隔20min取次样，并在5000 rpm 条件下高速离心，取上层清液用紫外可见分光光度计测其浓度变化。由图3可见，棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料在120分钟内罗丹明B降解率以达到54%，具有一定的光催化活性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1.一种棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）硫化镉纳米棒的制备：将4.66 g Cd(NO3)2·4H2O与3.45 g硫脲同时溶于70 mL乙二胺中，在室温下搅拌30 min；然后将上述混合物转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在160 ℃下持续反应24 h，当反应釜冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤所得产物，并在60 ℃下干燥8 h；
（2）钨酸铋的制备：称取0.97014g的 Bi(NO3)3·5H2O，0.32985 g的Na2WO4·2H2O，0.05gCTAB，将它们依次倒入洁净的100 mL烧杯中，加入80 mL去离子水，在室温下搅拌30 min；然后将混合物转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，在200℃下持续反应24 h；反应结束后，将反应物冷却至室温，离心分离，用水和乙醇依次清洗，所得产物在60 ℃下干燥24 h后即为钨酸铋；
（3）棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备：称取步骤（1）所制备的硫化镉与步骤（2）所制备的钨酸铋，分别加入到20 mL无水乙醇中，超声搅拌1 h后，分别得到硫化镉悬浮液和钨酸铋悬浮液；然后将硫化镉悬浮液逐滴滴加到钨酸铋悬浮液中，室温下超声1 h后继续搅拌24 h，然后离心收集，用水和乙醇依次清洗，最后将所得产物在60 ℃下干燥24小时，得到棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料。
2.根据权利要求1所述的一种棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备方法，其特征是：所述的步骤（2）中 Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种棒状硫化镉复合钨酸铋Z型异质结光催化材料的制备方法，其特征是：所述的步骤（3）中钨酸铋与硫化镉质量比分别为60 wt%~100 wt%。
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