CN116550339B - 一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116550339B CN116550339B CN202310440704.XA CN202310440704A CN116550339B CN 116550339 B CN116550339 B CN 116550339B CN 202310440704 A CN202310440704 A CN 202310440704A CN 116550339 B CN116550339 B CN 116550339B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sulfide
- indium
- cadmium
- composite material
- cadmium sulfide
- 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.)
- Active
Links
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- GKCNVZWZCYIBPR-UHFFFAOYSA-N sulfanylideneindium Chemical compound [In]=S GKCNVZWZCYIBPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 8
- FCNBPGQGSGENIO-UHFFFAOYSA-N cadmium;sulfanylideneindium Chemical compound [Cd].[In]=S FCNBPGQGSGENIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 6
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Natural products SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 4
- XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N Omeprazole sulfide Chemical compound N=1C2=CC(OC)=CC=C2NC=1SCC1=NC=C(C)C(OC)=C1C XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L cadmium dichloride Chemical compound Cl[Cd]Cl YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004201 L-cysteine Substances 0.000 claims description 3
- 235000013878 L-cysteine Nutrition 0.000 claims description 3
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 125000000415 L-cysteinyl group Chemical group O=C([*])[C@@](N([H])[H])([H])C([H])([H])S[H] 0.000 claims description 2
- UYJXRRSPUVSSMN-UHFFFAOYSA-P ammonium sulfide Chemical compound [NH4+].[NH4+].[S-2] UYJXRRSPUVSSMN-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims description 2
- LHQLJMJLROMYRN-UHFFFAOYSA-L cadmium acetate Chemical compound [Cd+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O LHQLJMJLROMYRN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- XIEPJMXMMWZAAV-UHFFFAOYSA-N cadmium nitrate Inorganic materials [Cd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XIEPJMXMMWZAAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QCUOBSQYDGUHHT-UHFFFAOYSA-L cadmium sulfate Chemical compound [Cd+2].[O-]S([O-])(=O)=O QCUOBSQYDGUHHT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000331 cadmium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 2
- VBXWCGWXDOBUQZ-UHFFFAOYSA-K diacetyloxyindiganyl acetate Chemical compound [In+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O VBXWCGWXDOBUQZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 229910000337 indium(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K indium(iii) chloride Chemical compound Cl[In](Cl)Cl PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- XGCKLPDYTQRDTR-UHFFFAOYSA-H indium(iii) sulfate Chemical compound [In+3].[In+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O XGCKLPDYTQRDTR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- NMHMNPHRMNGLLB-UHFFFAOYSA-N phloretic acid Chemical compound OC(=O)CCC1=CC=C(O)C=C1 NMHMNPHRMNGLLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 6
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000002057 nanoflower Substances 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- PYKYMHQGRFAEBM-UHFFFAOYSA-N anthraquinone Natural products CCC(=O)c1c(O)c2C(=O)C3C(C=CC=C3O)C(=O)c2cc1CC(=O)OC PYKYMHQGRFAEBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004056 anthraquinones Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- OZECDDHOAMNMQI-UHFFFAOYSA-H cerium(3+);trisulfate Chemical compound [Ce+3].[Ce+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O OZECDDHOAMNMQI-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013310 covalent-organic framework Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- OISMQLUZKQIKII-UHFFFAOYSA-L dichlorocadmium;hydrate Chemical compound O.[Cl-].[Cl-].[Cd+2] OISMQLUZKQIKII-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- UDWJTDBVEGNWAB-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2].[In+3] UDWJTDBVEGNWAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B15/00—Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
- C01B15/01—Hydrogen peroxide
-
- 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
-
- 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
- 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
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B15/00—Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
- C01B15/01—Hydrogen peroxide
- C01B15/027—Preparation from water
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。本发明所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中，硫化铟纳米片通过原位生长法负载于硫化镉纳米棒上，所述硫化铟纳米片与所述硫化镉纳米棒通过镉‑硫‑铟共价键连接，形成了共价异质界面。本发明所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料是一种性能优良的光催化剂，其光催化生产过氧化氢的效率高，且稳定性好，有利于光催化剂的回收和重复利用。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
过氧化氢仅含有氢和氧元素，是绿色氧化剂之一，广泛用于工业消毒、医疗灭菌和污水修复。同时，它是一种清洁、无碳、高能量密度的燃料电池载体。因此，它表现出巨大的市场需求量和广阔的应用前景，其中全球年需求量已达600万吨。与传统的过氧化氢生产方法(如蒽醌法、直接合成、电解、醇氧化等)相比，这些小规模的现场制备过氧化氢策略具有极大吸引力(如光催化、电催化、光电催化)，可有效避免过氧化氢的长期储存和远程运输。对此，通过两电子氧气还原反应(ORR)或水氧化反应(WOR)的光催化生产过氧化氢策略更具前景，可直接将太阳能转化为化学能，而无需额外的能力输入。然而，实现光催化过氧化氢高效生产的最大挑战是设计合适的催化材料。
目前，石墨碳氮化物、共价有机框架、硫化铟锌、硫化镉、二氧化钛、氧化锌等由于其合适的能带结构，已被证明是有前途的光催化材料。其中，硫化镉由于其合适的带隙(～2.4eV)、合适的能带位置、高稳定性和良好的光电化学性能而成为一种潜在的候选人，其已被广泛用于水分解析氢。然而，单纯硫化镉光催化生产过氧化氢的能力与实际需求相差甚远，急需通过一些有效策略进行改性。值得注意的是，构建具有空间分离的光生载流子和更强的氧化还原能力的Z-型异质结构是提高硫化镉在过氧化氢生产中的性能的一种有前途的方法，它可以克服热力学和动力学方面的困难。然而，在这一过程中，不同材料的适当界面匹配和亲密界面的形成对于构建有效的Z-型异质结构至关重要，这一点经常被研究人员忽视，也缺乏深入的研究。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中光催化剂对太阳光响应能力差、光生载流子快速重组、催化效率低等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用。该复合材料具有内建电场调控，构建了优异的异质结面使其具有快速的光生载流子的分离和传输效率，以及较强的可见光吸收能力，进而大幅度提升光催化效果，尤其是光催化制备过氧化氢的产率。
本发明的第一个目的是提供一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中，硫化铟纳米片通过原位生长法负载于硫化镉纳米棒上，所述硫化铟纳米片与所述硫化镉纳米棒通过镉-硫-铟共价键连接，形成了共价异质界面。
在本发明的一个实施例中，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中硫化铟的质量百分比为1％-50％。
在本发明的一个实施例中，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料具有太阳光响应，太阳光吸收范围为350nm-750nm。
本发明的第二个目的是提供一种所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的制备方法，包括以下步骤，将硫化镉纳米棒加入硫化铟前驱体中，50℃-300℃水热反应12h-54h，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料。
在本发明的一个实施例中，所述硫化镉纳米棒的制备方法具体包括以下步骤，将镉源和硫源溶于弱碱性溶剂，50℃-300℃水热反应24h-72h，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到所述硫化镉纳米棒。
在本发明的一个实施例中，所述镉源和硫源的摩尔比为1：1-10。
在本发明的一个实施例中，所述镉源选自氯化镉、硝酸镉、醋酸镉和硫酸镉中的一种或多种；所述硫源选自硫脲、硫代乙酰胺、硫化铵和硫代硫酸钠中的一种或多种；所述弱碱性溶剂为水、乙二胺、三乙胺和苯胺中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述硫化铟前驱体由铟源和缓冲试剂按照质量比1：0.5-5混合得到。
在本发明的一个实施例中，所述铟源选自硝酸铟、氯化铟、硫酸铟和醋酸铟中的一种或多种；所述缓冲试剂选自L-半胱氨酸和/或磷酸盐。
本发明的第三个目的是提供一种所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料在光催化制备过氧化氢中的应用。
在本发明的一个实施例中，所述应用中以共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料为光催化剂，以空气中氧气为原料。在无需鼓入氧气的常规环境条件下进行。
在本发明的一个实施例中，所述应用中共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料具有高效稳定性，易于回收，重复使用。
本发明的第四个目的是提供一种所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料在光催化制备清洁能源及环境修复领域的应用。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料一方面通过共价异质界面的构建，界面处的内建电场通过新形成的共价键桥有效促进了光生载流子的分离效率和传输效率，使其光生电子和光生空穴的复合速率降低，显著提高了硫化镉的光催化活性；另一方面具有窄禁带(～2.0eV)、优异可见光响应和光电性能的硫化铟作为其助催化剂，大幅度提高了硫化镉对可见光的吸收能力及利用率，太阳光吸收范围为350nm-750nm，进而提高光催化生产过氧化氢效率。
(2)本发明所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料是一种性能优良的光催化剂，其光催化生产过氧化氢的效率高，且稳定性好，有利于光催化剂的回收和重复利用。可应用在能源生产以及环境修复中，尤其是应用于光催化生产清洁能源中。
(3)本发明所述的制备方法以硫化镉最外层硫原子为锚定点，通过原位构建镉-硫-铟共价键将硫化铟纳米片成功修饰到硫化镉纳米棒表面，形成了具有共价异质界面的复合材料，对于提高光催化生产过氧化氢效率起到至关重要作用。
(4)本发明所述的制备方法简单，原料易得，而且操作简便，对工业化应用十分关键。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明实施例1制备的硫化镉纳米棒的SEM图；
图2为本发明实施例1制备的硫化铟纳米花的SEM图；
图3为本发明实施例1制备的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的SEM图；
图4为本发明实施例1制备的硫化镉纳米棒、硫化铟纳米花、共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的太阳光吸收图；
图5为本发明实施例1制备的硫化镉纳米棒、硫化铟纳米花、共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的光催化生产过氧化氢的效果图；
图6为本发明实施例1制备的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的光催化生产过氧化氢的循环效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法，具体包括以下步骤：
(1)制备硫化镉纳米棒：将5mmol的2.5水合氯化镉与30mmol的硫脲加入到40mL的乙二胺中，待固体试剂充分溶解并混合均匀以后将该溶液转移到50mL反应釜中，将反应釜放至烘箱中，设定程序为160℃，时间为36h。待自然冷却至室温以后，底部明沉淀为硫化镉纳米棒。将其用乙醇与纯净水各清洗三次洗去杂质，在烘箱中烘干得到硫化镉纳米棒备用。
对制备的硫化镉纳米棒进行SEM表征，结果如图1所示，结果显示硫化镉纳米棒大小均一，表面为光滑的棒状结构。
(2)制备硫化铟纳米花材料：75.2mg硝酸铟和121mgL-半胱氨酸分散到40mL水中，超声混合成为均一溶液后，加入50mL反应釜中，放到烘箱中，设定程序为180℃，24h。自然冷却到室温后取底部红色沉淀，离心并用乙醇和纯水清洗，烘干后得到的粉末为硫化铟纳米花。
对制备的硫化铟纳米花进行SEM表征，结果如图2所示，结果显示硫化铟是由许多纳米片聚集组装而成的纳米花结构。
(3)制备共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料：首先，将75.2mg的硝酸铟分散到40mL纯水中，然后将72.2mg硫化镉纳米棒加入到上述溶液中，超声分散混匀。后将121mg的L-半胱氨酸加到上述溶液中，充分混匀后将其放入50mL反应釜中，反应条件为180℃，24h。待温度降到室温时，保留底部固体，并用乙醇与水清洗三次，烘干后得到的固体为共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料。
对制备的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料进行SEM表征，结果如图3所示，清晰直观的看到硫化铟纳米花的纳米片，形成了完美的异质结结构。
实施例2
采用紫外-可见分光光度法检测实施例1中所制备的硫化镉纳米棒、硫化铟纳米花、共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料对太阳光的吸收情况，结果如图4所示，结果显示硫化铟的引入可以大幅度增强硫化镉对太阳光的响应能力，光吸收范围达350nm-750nm，吸收强度亦有所增强，证明共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的构建有助于改善硫化镉的光催化性能。
实施例3
分别将20mg实施例1中制备的硫化镉纳米棒、硫化铟纳米花、共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料与40mL去离子水混合均匀中后放到光催化反应器中，加入10mL的异丙醇，在黑暗条件下搅拌，达到吸附-解析平衡后，打开光源在敞口条件下开始反应，以空气中氧气为原料，无需鼓入氧气，每30min取一次溶液检测过氧化氢的产量，其方法采用硫酸铈滴定法检测，共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料作为催化剂光催化产过氧化氢的效果和产生过氧化氢的循环效果分别如图5、图6所示，结果显示该具有内建电场的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料光催化产过氧化氢的效率显著优于硫化铟和硫化镉材料，且具有很好的稳定性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料在光催化制备过氧化氢中的应用，其特征在于，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中，硫化铟纳米片通过原位生长法负载于硫化镉纳米棒上，所述硫化铟纳米片与所述硫化镉纳米棒通过镉-硫-铟共价键连接，形成了共价异质界面；
所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的制备方法，包括以下步骤，将硫化镉纳米棒加入硫化铟前驱体中，50℃-300℃水热反应12h-54h，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料；
所述硫化铟前驱体由铟源和缓冲试剂按照质量比1：0.5-5混合得到；
所述铟源选自硝酸铟、氯化铟、硫酸铟和醋酸铟中的一种或多种；所述缓冲试剂选自L-半胱氨酸。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中硫化铟的质量百分比为1％-50％。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述硫化镉纳米棒的制备方法具体包括以下步骤，将镉源和硫源溶于弱碱性溶剂，50℃-300℃水热反应24h-72h，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到所述硫化镉纳米棒。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述镉源和硫源的摩尔比为1：1-10。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述镉源选自氯化镉、硝酸镉、醋酸镉和硫酸镉中的一种或多种；所述硫源选自硫脲、硫代乙酰胺、硫化铵和硫代硫酸钠中的一种或多种；所述弱碱性溶剂为乙二胺、三乙胺和苯胺中的一种或多种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310440704.XA CN116550339B (zh) | 2023-04-23 | 2023-04-23 | 一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310440704.XA CN116550339B (zh) | 2023-04-23 | 2023-04-23 | 一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116550339A CN116550339A (zh) | 2023-08-08 |
| CN116550339B true CN116550339B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=87485372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310440704.XA Active CN116550339B (zh) | 2023-04-23 | 2023-04-23 | 一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116550339B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017219793A1 (zh) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | 广东工业大学 | 一种短孔道有序介孔碳负载硫铟钴和硫铟镍三元复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109833885A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 张东军 | 一种CdIn2S4催化剂的制备方法 |
| CN113351227A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-07 | 中南民族大学 | 一种超薄Ti3C2纳米片/ZnIn2S4花球复合光催化剂的制备方法 |
| CN113385193A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-09-14 | 宁波工程学院 | 一种CdZnS超细纳米颗粒负载的In2O3梭形纳米棒复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113663704A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-19 | 苏州科技大学 | 一种硫化铟锌/石墨相氮化碳复合材料及其制备和应用 |
| CN114016077A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 福州大学 | 一种硫化镉-硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料及其制备方法 |
| WO2022083796A1 (zh) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | 苏州大学 | 硫化镉/氧化锌复合材料及其制备方法与在压电-光催化去除有机污染物中的应用 |
| CN114870899A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-08-09 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种光催化co2分解制合成气的复合光催化剂及其制备方法 |
-
2023
- 2023-04-23 CN CN202310440704.XA patent/CN116550339B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017219793A1 (zh) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | 广东工业大学 | 一种短孔道有序介孔碳负载硫铟钴和硫铟镍三元复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109833885A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 张东军 | 一种CdIn2S4催化剂的制备方法 |
| WO2022083796A1 (zh) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | 苏州大学 | 硫化镉/氧化锌复合材料及其制备方法与在压电-光催化去除有机污染物中的应用 |
| CN113385193A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-09-14 | 宁波工程学院 | 一种CdZnS超细纳米颗粒负载的In2O3梭形纳米棒复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113351227A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-07 | 中南民族大学 | 一种超薄Ti3C2纳米片/ZnIn2S4花球复合光催化剂的制备方法 |
| CN113663704A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-19 | 苏州科技大学 | 一种硫化铟锌/石墨相氮化碳复合材料及其制备和应用 |
| CN114016077A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 福州大学 | 一种硫化镉-硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料及其制备方法 |
| CN114870899A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-08-09 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种光催化co2分解制合成气的复合光催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| CdS基复合材料的制备及可见光催化产H2O2性能研究;龙玉平;《哈尔滨工业大学工学硕士学位论文》;第1.1节，第1.6节，第3.2节，第3.2.1节，3.4.3节 * |
| Hierarchical photocatalyst of InS on exfoliated MoS nanosheets for enhanced visible-light-driven Aza-Henry reaction;Zhen Li et al;《Applied Catalysis B: Environmental》;20181205;第337卷;全文 * |
| Interface photo-charge kinetics regulation by carbon dots for efficient hydrogen peroxide production;Yi Li et al;《J. Mater. Chem. A》;第9卷;第2.2节 * |
| L-Cysteine capped Mo2C/Zn0.67Cd0.33S heterojunction with intimate covalent bonds enables efficient and stable H2-Releasing photocatalysis;Xin Zhang et al;《Chemical Engineering Journal》;第428卷;摘要，第2页左栏第一段 * |
| Surface State Passivation Ignited Photoelectrochemical Sensing of Thallium(I) with Ultrathin In2S3 Nanosheets;Qiu-Yu Wei et al;《ACS Appl. Electron. Mater.》;20210602;第3卷(第6期);全文 * |
| Yi Li et al.Interface photo-charge kinetics regulation by carbon dots for efficient hydrogen peroxide production.《J. Mater. Chem. A》.2020,第9卷第2.2节. * |
| 龙玉平.CdS基复合材料的制备及可见光催化产H2O2性能研究.《哈尔滨工业大学工学硕士学位论文》.2022,第1.1节，第1.6节，第3.2节，第3.2.1节，3.4.3节. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116550339A (zh) | 2023-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110694648B (zh) | 一种光催化水裂解产氢钼掺杂硫化铟锌空心分级结构光催化剂及其制备方法 | |
| CN112495401B (zh) | 一种Mo掺杂MoO3@ZnIn2S4 Z体系光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111203231B (zh) | 硫化铟锌/钒酸铋复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN108607593B (zh) | 硫化镉纳米粒子修饰的五氧化二铌纳米棒/氮掺杂石墨烯复合光催化剂与应用 | |
| CN110882725B (zh) | 金属有机骨架负载二氧化钛光催化材料及其制备方法 | |
| CN105502286B (zh) | 一种多孔纳米NiFe2O4的制备方法 | |
| CN109806902B (zh) | 一种W18O49/NiWO4/NF自支撑电催化材料的制备方法 | |
| CN111111668A (zh) | 一种mof基衍生复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN112958116B (zh) | 一种Bi2O2.33-CdS复合光催化剂及其制备工艺 | |
| CN112410811A (zh) | 一种电催化体系及在生产甲酸的应用 | |
| CN110280281B (zh) | 铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法及其在光催化领域中的应用 | |
| CN102489318B (zh) | 多孔纳米p-CuS/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法 | |
| CN110492076B (zh) | 一种二维多孔六边形金属氧化物纳米片复合材料的制备方法及其在钾离子电池中的应用 | |
| CN116020496A (zh) | 具有分立结构的BiOI/Zn2TiO4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN115305480A (zh) | 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112717958B (zh) | 一种富含氧空位BiOBr/HNb3O8纳米片光催化剂的制备方法与用途 | |
| CN111036307A (zh) | 一种复合型高效析氧催化剂的制备方法 | |
| CN105688965A (zh) | 介孔五氧化二铌/掺氮石墨烯高效复合光催化剂的制备方法 | |
| CN116550339B (zh) | 一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN110586149B (zh) | 钼酸铋/碳化钛异质结二维光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN111905765A (zh) | 一种生长在碳纤维布上的MnCo2S4析氧反应电催化剂的制备方法 | |
| CN116173987A (zh) | CdIn2S4/CeO2异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114369942B (zh) | 一种碳纤维/二氧化钛光电型复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN111468133B (zh) | 一种铌酸钾/α-氧化铁异质光催化剂的制备方法 | |
| CN114192166A (zh) | 一种具有高可见光制氢活性的ZnOxSy光催化剂及其制备方法 |
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 |