CN115282987A - 一种高效人工光合光催化材料及其制备方法 - Google Patents
一种高效人工光合光催化材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115282987A CN115282987A CN202210994764.1A CN202210994764A CN115282987A CN 115282987 A CN115282987 A CN 115282987A CN 202210994764 A CN202210994764 A CN 202210994764A CN 115282987 A CN115282987 A CN 115282987A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stirring
- deionized water
- photocatalytic
- preparation
- hydrochloric acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 31
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 8
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 7
- QWMFKVNJIYNWII-UHFFFAOYSA-N 5-bromo-2-(2,5-dimethylpyrrol-1-yl)pyridine Chemical compound CC1=CC=C(C)N1C1=CC=C(Br)C=N1 QWMFKVNJIYNWII-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- -1 cadmium acetate tetrahydrate Chemical compound 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N zafuleptine Chemical compound OC(=O)CCCCCC(C(C)C)NCC1=CC=C(F)C=C1 YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 11
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 9
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 5
- LHQLJMJLROMYRN-UHFFFAOYSA-L cadmium acetate Chemical compound [Cd+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O LHQLJMJLROMYRN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 2
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 abstract description 7
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 7
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 6
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004577 artificial photosynthesis Methods 0.000 description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 description 2
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007539 photo-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/04—Sulfides
- B01J27/047—Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
- C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种高效人工光合光催化材料及其制备方法，属于光化学能转换、光催化降解领域。本发明要解决人工光合光催化复合材料的高质量制备以及如何有效提高光化学能转换效率的技术问题。本发明方法：一、分别将硫脲、二水合乙酸锌、四水合乙酸镉溶于乙二胺，搅拌溶解后转移到反应釜中加热反应，冷却至室温后取出离心、洗涤、干燥，得到Zn0.5Cd0.5S纳米棒；二、将二水合钨酸钠溶解于去离子水中后依次加入盐酸和草酸，水热反应，得到WO3纳米片；三、将步骤一制备的Zn0.5Cd0.5S纳米棒和步骤二制备的WO3纳米片分散在去离子水中，利用盐酸调节水溶液的pH值，使Zn0.5Cd0.5S和WO3表面分别带有异性电荷，通过静电吸附作用使二者形成复合材料，进一步在氮气中退火，得到稳定的Zn0.5Cd0.5S/WO3人工光合光催化复合材料。
Description
技术领域
本发明属于光化学能转换、光催化降解领域。
背景技术
受自然界光合作用的启发，近年来基于人工光合设计思路不断涌现的Z-Scheme光催化体系引起了人们的广泛关注。特别是全固态直接Z-Scheme光催化剂更是受到更多的青睐。原因在于其构成仅需由两种在费米能级和能带结构带边位置适配的还原光催化剂PS I和氧化光催化剂PSⅡ形成有效的界面接触，那么光生电子将在空间电荷区内建电场的作用下由PSⅡ的导带向PS I的价带形成Z型迁移路径，从而形成光生电子和空穴的有效分离。经由这一光生载流子传递过程，能够最大限度地保留两催化剂的氧化还原反应热力学驱动，若能够兼顾太阳光谱利用率选取窄带半导体材料作为其组分，则同时集成了光量子吸收效率优势和光生电荷分离效率优势，是当前新型太阳能转换材料的研究热点。
在已报道的众多直接Z-Scheme光催化剂当中，CdS/WO3无疑是其中备受瞩目的。因为两半导体组分均具有可见光吸收，光还原性质极佳的CdS材料还具有足够负的导带底还原电位，能够进行诸如光解水制氢、二氧化碳还原以及毒害重金属离子降解等反应，可处理解决关乎能源、环境等诸多问题。虽然CdS易受光腐蚀，但Z-Scheme光生电荷迁移路径下的CdS表面富电子，可有效避免因空穴聚集造成的光氧化腐蚀现象。而随着Zn1−xCdxS固溶体的出现，人们发现Zn1−xCdxS/WO3的调控空间更大，具有更佳的光催化还原优势。因为Zn1−xCdxS固溶体相较于CdS具有更高的费米能级和导带还原电位，在空间电荷区高势垒作用下，光生电荷具有更高的迁移动力学驱动，反应热力学方面同样具有更高的光还原势能，因而近年来备受关注。尽管受ZnS宽带隙影响，固溶体的光响应有所下降，太阳光谱利用率一定程度降低。在Zn1-xCdxS系列固溶体材料中，Zn0.5Cd0.5S带隙适中并且因其固溶量最大晶格缺陷相对最多，而适量的缺陷态在表面反应中却可充当表面活性位点增进材料的催化活性。因此多数基于Zn0.5Cd0.5S开展的光催化性能研究都无需担载表面助催化剂，是广受开发的新型光催化材料。
综上所述，本发明提出一种高效人工光合光催化材料及其制备方法，该方法将制备得到的Zn0.5Cd0.5S和WO3纳米材料通过静电吸附结合后退火的方法形成稳定的Zn0.5Cd0.5S/WO3异质结复合材料。该人工光合异质结光催化剂可有效协同太阳光吸收、光生电荷分离和表面化学反应三方面效率。而本发明提出的静电吸附异质结构建策略则考虑到尽可能多地制造催化剂二组分有效接触界面，用以增加异质结数量，后退火处理也进一步增进界面紧密结合程度，强化界面质量。常规的原位化学合成虽可提供高质量的界面结合但无法实现Zn0.5Cd0.5S与WO3之间可选择性的定向结合。本发明依据二者等电点差异通过调变溶液pH使Zn0.5Cd0.5S和WO3表面带有异性电荷，充分实现异质界面的紧密结合、同时屏蔽同质界面相互作用的影响。退火工艺的引入也可进一步提高界面间的接触及键合，是提升异质结质量的有效手段。
发明内容
本发明涉及解决人工光合异质结催化剂的高质量合成制备以实现催化剂性能的优化提升的问题，从而提出一种异质结复合材料合成新策略，为解决上述问题，本发明中一种高效人工光合光催化材料及其制备方法是通过下述步骤完成的。
步骤一、分别将硫脲、二水合乙酸锌、四水合乙酸镉溶于乙二胺并搅拌溶解，将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中加热，冷却后洗涤于真空干燥箱内干燥，得到Zn0.5Cd0.5S。
步骤二、将二水合钨酸钠溶解于去离子水中，加入盐酸，搅拌后加入草酸，继续搅拌，将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，水热处理，将产物洗涤后干燥，得到WO3。
步骤三、将步骤一制备的Zn0.5Cd0.5S和步骤二制备的WO3分散在去离子水中，调节溶液的pH值，剧烈搅拌，将产物干燥后在氮气中退火，得到Zn0.5Cd0.5S/WO3。
进一步限定，步骤一中将0.71~2.13 g硫脲，1.10~3.30 g二水合乙酸锌和1.33~3.99 g乙酸镉加入50 mL乙二胺。
进一步限定，步骤一中搅拌溶解时间为60 min。
进一步限定，步骤一在烘箱内120~180 ℃下保温16~24 h，在真空干燥箱内60 ℃下保温12 h。
进一步限定，步骤二将1.815~4.444 g二水合钨酸钠、8~12 mL盐酸、0.45~1.35 g草酸加入50 mL去离子水中。
进一步限定，步骤二中搅拌时间为3 h。
进一步限定，步骤二在60 ℃下真空干燥12 h。
进一步限定，步骤三将20~120 mg WO3和200 mg Zn0.5Cd0.5S加入去离子水中。
进一步限定，步骤三使用10M HCl溶液调节pH至3.5。
进一步限定，步骤三中剧烈搅拌12~18 h，在氮气中退火2 h，退火温度为380 ℃。
本发明方法制备的人工光合异质结构催化剂为Zn0.5Cd0.5S纳米棒与WO3纳米片层良好耦合形成的Zn0.5Cd0.5S/WO3复合材料，本发明提供了一种新型的复合材料制备技术，以达到异质界面紧密接触，从而使光生载流子在界面内建电场作用下实现在空间电荷区的有效分离，最终实现光催化性能的有效提升。
附图说明
图1是Zn0.5Cd0.5S(ZCS)、WO3、40wt%-Zn0.5Cd0.5S/WO3(ZCSW40) 及标准PDF卡片的XRD图谱；图2是各组分Zn0.5Cd0.5S/WO3(ZCSW)的XRD图谱；图3是ZCS 纳米棒的扫描电镜照片；图4是WO3纳米片的扫描电镜照片；图5是ZCSW40的透射电镜照片；图6是ZCSW40的选区高分辨透射电镜照片；图7是各试样的紫外-可见吸收光谱、内插图为换算得到的带隙值；图8是各试样的光致发光光谱；图9是各试样对重铬酸钾指示剂溶液的光催化还原降解情况、内插图为ZCSW40试样的三次循环稳定性测试；图10是各试样的降解速率对比。
具体实施方式
实施例1：本实施例使用Zn0.5Cd0.5S纳米棒是按下述步骤进行的：将40mmol硫脲(NH2CSNH2)，10mmol乙酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]和10mmol乙酸镉[Cd(CH3COO)2·4H2O]溶于50 ml乙二胺(NH2CSNH2)并搅拌1 h，将混合物溶液转移至反应釜中，在160 ℃加热反应24 h后冷却至室温。用无水乙醇和去离子水分别洗涤3遍，并在真空条件下60 ℃干燥12 h。
本实施中一种高效人工光合催化剂Zn0.5Cd0.5S/WO3及其制备方法是通过下述步骤完成的。
步骤一、将40 mmol硫脲，10 mmol乙酸锌和10 mmol乙酸镉溶于50 mL乙二胺，搅拌1h后，将获得的混合物转移至高压釜中并在160 ℃下加热反应24 h。冷却至室温，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3遍，并在60 ℃下真空干燥12 h，获得Zn0.5Cd0.5S纳米棒粉末。
步骤二、将0.342 g二水合钨酸钠溶解于去离子水中并用盐酸调节pH值至1，在室温下磁力搅拌3 h后将0.169 g草酸加入上述溶液，继续搅拌30 min，将获得的混合物转移至反应釜，并在60 ℃下加热反应24 h。冷却至室温后用无水乙醇和离子水分别洗涤3遍，并在60 ℃真空干燥12 h，获得WO3纳米片粉末。
步骤三、使用10M盐酸溶液将去离子水调节至pH值为3.5，分别取用6个烧杯盛装该水溶液并依次加入20 mg、40 mg、60 mg、80 mg、100 mg、120 mg WO3纳米片，之后再分别加入200 mg的Zn0.5Cd0.5S纳米棒，持续搅拌14 h，将产物离心干燥后在氮气中380 ℃退火2 h。得到WO3与ZCS的质量比分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%的Zn0.5Cd0.5S/WO3复合材料样品，分别命名为ZCSW10、ZCSW20、ZCSW30、ZCSW40、ZCSW50、ZCSW60。
光催化还原降解Cr(VI)反应采用300 W氙灯模拟太阳光光源。在100 mL的烧杯中放入10 mg的待测催化剂和30 mL浓度为40 mg/L的重铬酸钾指示剂溶液。将烧杯固定于光源前方距离5 cm处，降解反应过程中保持匀速的磁力搅拌。取相同的时间间隔对反应液进行吸光度检测，并计算出反应液浓度，以此做出降解率随光照时间的变化规律曲线，由此对样品的光催化活性进行分析评价，如图9所示。
从图10中可以看出，在光催化反应中ZCSW10~ZCSW60这6种复合材料光催化剂的性能均高于参比Zn0.5Cd0.5S和WO3催化剂。其中ZCSW40样品的降解速率最快，仅用时10分钟便降解了全部的重铬酸钾指示剂溶液（详见图9），降解速率达到了20.4 μmol·min-1·gcat -1，同时其也具有良好的循环稳定性，连续三次反应仍然保持93%以上的降解率，如图9插图所示。以上性能表现均说明了人工光合催化剂特有的光生电子迁移路径为空间电荷的分离创造了有利条件，不仅延长了光生电子的寿命，还有效增加了光生电子的反应热力学势能，宏观表现为材料光催化降解性能的显著提高。
Claims (10)
1.一种高效人工光合光催化材料及其制备方法，其特征在于所述制备方法是通过下述步骤完成的：步骤一、将四水合醋酸镉、二水合醋酸锌和硫脲溶于乙二胺，超声震荡并以300rpm速率剧烈搅拌后，将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中加热，冷却至室温后多次洗涤并在真空干燥箱内干燥，得到Zn0.5Cd0.5S固溶体粉末；步骤二、将二水合钨酸钠、盐酸、草酸依次加入到去离子水中，搅拌后水热处理并洗涤、干燥，得到WO3纳米片；步骤三、将步骤一和步骤二获得的Zn0.5Cd0.5S以及WO3加入去离子水，用盐酸溶液调节pH值并剧烈搅拌,将其离心干燥后在氮气中退火，得到Zn0.5Cd0.5S/WO3人工光合催化剂。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤一中将0.71~2.13 g硫脲，1.10~3.30 g二水合乙酸锌和1.33~3.99 g乙酸镉加入50 mL乙二胺。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于搅拌溶解时间为60 min。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤一中加热温度为120~180 ℃，保温时间为16~24 h，在真空干燥箱内60℃下保温12h。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤二中依次将1.815~4.444 g二水合钨酸钠、8~12 mL盐酸、0.45~1.35 g草酸加入50 mL去离子水中。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤二中搅拌时间3 h。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤二在60 ℃下干燥12 h。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤三将20~120 mg WO3和200 mg Zn0.5Cd0.5S加入去离子水中。
9.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤三使用10M HCl溶液调节pH至3.5。
10.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤三中剧烈搅拌12~18 h，在氮气中退火时间为2 h，退火温度为380 ℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210994764.1A CN115282987B (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种高效人工光合光催化材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210994764.1A CN115282987B (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种高效人工光合光催化材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115282987A true CN115282987A (zh) | 2022-11-04 |
| CN115282987B CN115282987B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=83830135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210994764.1A Active CN115282987B (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种高效人工光合光催化材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115282987B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106881079A (zh) * | 2017-02-09 | 2017-06-23 | 江苏大学 | 一种二维氧化钨/铌酸锡纳米片‑片复合材料的制备方法 |
| CN110102316A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-08-09 | 东莞理工学院 | 一种多孔纳米球状硫化锌镉固溶体的制备方法 |
| CN111774067A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-16 | 大连民族大学 | 一种Z型CoO/WO3纳米片的合成方法及其在环境污染物降解中的应用 |
| WO2022056979A1 (zh) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | 华南理工大学 | 一种非金属表面等离子体催化剂及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-08-18 CN CN202210994764.1A patent/CN115282987B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106881079A (zh) * | 2017-02-09 | 2017-06-23 | 江苏大学 | 一种二维氧化钨/铌酸锡纳米片‑片复合材料的制备方法 |
| CN110102316A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-08-09 | 东莞理工学院 | 一种多孔纳米球状硫化锌镉固溶体的制备方法 |
| CN111774067A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-16 | 大连民族大学 | 一种Z型CoO/WO3纳米片的合成方法及其在环境污染物降解中的应用 |
| WO2022056979A1 (zh) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | 华南理工大学 | 一种非金属表面等离子体催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HAIMING GONG ET AL.: "WP modified S-scheme Zn0.5Cd0.5S/WO3 for efficient photocatalytic hydrogen production", 《NEW J. CHEM.》, vol. 43, pages 19159 - 19171 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115282987B (zh) | 2023-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109331883B (zh) | 一种CdS/金属有机框架复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| Zhang et al. | Spatially separated catalytic sites supplied with the CdS–MoS 2–In 2 O 3 ternary dumbbell S-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen production | |
| CN109913898B (zh) | 一种WO3/CuWO4/NiFe LDH三元复合光电极薄膜的制备方法 | |
| Jia et al. | Mixed metal sulfides for the application of photocatalytic energy conversion | |
| CN105688945A (zh) | MoS2纳米片/CdS纳米线核壳结构复合光催化剂 | |
| CN108745382B (zh) | 一种NiCd双非贵金属修饰的CdS可见光催化剂的制备方法及其应用 | |
| JP6883799B2 (ja) | 金属化合物の製造方法、光触媒の製造方法、および光触媒複合体の製造方法 | |
| CN109847766A (zh) | 一种共面ZnIn2S4/WO3 Z体系结构催化剂材料 | |
| Tomboc et al. | Hollow structured metal sulfides for photocatalytic hydrogen generation | |
| CN112264049B (zh) | 一种用于光催化固氮合成氨的Mo或Fe掺杂Zn1-xIn2S4催化剂的制备方法 | |
| CN113578297B (zh) | 一种氧封端单层碳化钛复合二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
| CN110016691B (zh) | 一种WO3/Fe2O3/Mn3O4复合光阳极薄膜的制备方法 | |
| CN106807411B (zh) | 一种铁酸镧掺杂溴化银复合光催化剂的制备方法 | |
| CN115041210A (zh) | 一类光解水产氢用双金属单原子修饰的半导体光催化剂的制备方法 | |
| CN113578306A (zh) | 一种2d/1d异质结光催化剂的制备方法及其在制氢中的应用 | |
| CN106732796A (zh) | 一种高效还原co2的共价有机聚合物可见光光催化剂 | |
| CN115739123A (zh) | 一种CdS/Znln2S4异质结光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN109868486B (zh) | 一种具有可见光响应的钨酸铜/磷酸镍光阳极薄膜的制备方法 | |
| CN111569920A (zh) | 一种碳化钨/硫化镉锌复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109821559A (zh) | 一种核壳结构复合光电材料的制备方法及其应用 | |
| CN112588324A (zh) | 一锅法制备复合光催化剂CdS/ZIF-8的方法及其应用 | |
| CN114984988B (zh) | Zn0.5Cd0.5S/CuInS2/Bi2Se3复合型催化剂的制备及其应用 | |
| CN115282987A (zh) | 一种高效人工光合光催化材料及其制备方法 | |
| CN108855222A (zh) | ZCS@Ni-MOF纳米复合材料及其制备和应用 | |
| CN107233878B (zh) | 一种超细氧化锌纳米颗粒/二氧化钛纳米线复合光催化材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Shu Inventor after: Liu Yupu Inventor after: Zhang Hui Inventor after: Li Xin Inventor after: Jiao Yongxin Inventor before: Wang Shu Inventor before: Li Xin Inventor before: Zhang Hui Inventor before: Liu Yupu Inventor before: Jiao Yongxin |