一種可調控六方相和立方相含量的硫化鎘及其制備方法和應用與流程

本發明涉及納米材料及光解水制氫技術領域，更具體地說，是關于一種可調控六方相和立方相含量的硫化鎘及其制備方法及其在光解水制氫領域的應用。

背景技術：

氫作為一種新型能源，能量密度高，可以儲存及運輸，且其燃燒產物只有水，不會對環境產生污染。自1972年fujishima和honda等研究發現tio2單晶電極可在光照下分解水產生氫氣和氧氣，并將光能成功的轉換為電能和化學能以來，光催化制氫受到了許多研究機構的青睞，各種新型光催化劑層出不窮。

cds是一種典型的ⅱ-ⅳ族半導體化合物，其禁帶寬度約為2.4ev，是一種良好的可見光光催化材料。它可以吸收波長小于516nm的可見光。cds的導帶(-0.87ev)足以用來還原h2o，價帶(+1.5ev)在理論上是適合氧化水的。然而，純的cds在光催化制氫方面表現較差，這主要是因為在光催化過程中，cds產生的光生電子-空穴對會快速復合。利用半導體材料同質多晶的特性來形成異質結，從而抑制光生電子與空穴的復合，這是被眾多學者所看好的方法。cds擁有六方相和立方相兩種晶相，六方相cds對可見光有較強的響應，立方相cds對可見光響應較弱。六方相cds導帶位置比立方相cds更負，將六方相cds和立方相cds結合起來形成異質結，可使得光生電子從六方相cds轉移到立方相cds，從而抑制光生電子與空穴的復合。如何調控cds中六方相和立方相的含量，以提高cds的光催化制氫能力，這是本發明的重點。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的在于：提供一種調控硫化鎘中六方相和立方相含量的方法。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種可調控六方相和立方相含量的硫化鎘，該硫化鎘同時包含六方相和立方相并且其含量可進行調節，該硫化鎘的微觀形貌為片狀結構，硫化鎘納米片的長度為25-50nm，寬度為8-15nm。

優選地，一種可調控六方相和立方相含量的硫化鎘的制備方法，采用溶劑熱法，具體步驟如下：

(1)將升華硫溶于二乙烯三胺中，并在室溫下攪拌0.8-1.2h；

(2)將(半)五水合氯化鎘溶于去離子水中，并在室溫下攪拌18-22min；

(3)將步驟(1)中的溶液和步驟(2)中的溶液混合，并在室溫下攪拌0.8-1.2h；

(4)將步驟(3)中的混合溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，利用干燥箱在75-85℃下加熱45-50h；

(5)加熱后的產物自然冷卻至室溫，再通過去離子水和無水乙醇離心洗滌，在55-65℃下干燥10-15h即可。

優選地，通過調控(半)五水合氯化鎘和升華硫的物質的量之比來調控硫化鎘中六方相和立方相含量。

優選地，能夠用于光催化制氫，當(半)五水合氯化鎘和升華硫的物質的量之比為1:1時，光催化制氫效率最高。

本發明的有益效果在于：

與現有技術相比，本發明的硫化鎘采用溶劑熱法制備，通過調控(半)五水合氯化鎘和升華硫的物質的量之比來調控硫化鎘中六方相和立方相含量。其優勢在于：

(1)本發明采用的工藝簡單易行，能耗較低，有利于大規模推廣；

(2)本發明可以有目的地調控cds中六方相和立方相的含量。

附圖說明

圖1為不同cd與s物質的量之比下制備的cds的x射線衍射圖譜；

圖2為cd與s的物質的量之比為1:1時制備的cds的透射電子顯微鏡圖片；

圖3為不同cd與s物質的量之比下制備的cds的光解水制氫速率圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步的說明，需要說明的是，僅僅是對本發明構思所做的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發明的構思或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應視為落入本發明的保護范圍。

實施例1

一種可調控六方相和立方相含量的硫化鎘的制備方法，具體步驟如下：

(1)將0.2566g升華硫溶于25ml二乙烯三胺中，并在室溫下攪拌1h；

(2)將0.2284g(半)五水合氯化鎘(使得cd與s的物質的量之比為1:8)溶于25ml去離子水中，并在室溫下攪拌20min；

(3)將步驟(1)中的溶液和步驟(2)中的溶液混合，并在室溫下攪拌1h；

(4)將步驟(3)中的混合溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，利用干燥箱在80℃下加熱48h；

(5)加熱后的產物自然冷卻至室溫，再通過去離子水和無水乙醇離心洗滌，在60℃下干燥12h。

本實施例制備的硫化鎘中六方相含量為72％，立方相含量為28％。在可見光(λ≥400nm)下硫化鎘的光催化制氫速率為5623.25μmolg^-1h^-1。

實施例2

本實施例制備方法同實施例1，不同之處是步驟(2)中(半)五水合氯化鎘的質量改為0.4568g，使得cd與s的物質的量之比為1:4。

本實施例制備的硫化鎘中六方相含量為68％，立方相含量為32％。在可見光(λ≥400nm)下硫化鎘的光催化制氫速率為8543μmolg^-1h^-1。

實施例3

本實施例制備方法同實施例1，不同之處是步驟(2)中(半)五水合氯化鎘的質量改為1.8273g，使得cd與s的物質的量之比為1:1。

本實施例制備的硫化鎘的形貌如圖2所示，cds呈現片狀結構。cds中六方相含量為60.3％，立方相含量為39.7％。在可見光(λ≥400nm)下硫化鎘的光催化制氫速率為17501μmolg^-1h^-1。

實施例4

本實施例制備方法同實施例1，不同之處是步驟(2)中(半)五水合氯化鎘的質量改為7.3092g，使得cd與s的物質的量之比為4:1。

本實施例制備的硫化鎘中六方相含量為57.5％，立方相含量為42.5％。在可見光(λ≥400nm)下硫化鎘的光催化制氫速率為14141.875μmolg^-1h^-1。

實施例5

本實施例制備方法同實施例1，不同之處是步驟(2)中(半)五水合氯化鎘的質量改為14.6184g，使得cd與s的物質的量之比為8:1。

本實施例制備的硫化鎘中六方相含量為45.8％，立方相含量為54.2％。在可見光(λ≥400nm)下硫化鎘的光催化制氫速率為7267.75μmolg^-1h^-1。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種可調控六方相和立方相含量的硫化鎘及其制備方法和應用，該硫化鎘的微觀形貌為片狀結構，硫化鎘納米片長度為25?50nm，寬度為8?15nm。本發明以(半)五水合氯化鎘和升華硫為原料，以去離子水和二乙烯三胺為溶劑，采用溶劑熱法來制備硫化鎘，通過調控原材料中(半)五水合氯化鎘和升華硫的物質的量之比來調控硫化鎘中六方相和立方相含量，從而進一步實現對制備的硫化鎘可見光光催化分解水制氫能力的優化。

技術研發人員：呂珺;董浩;徐光青;鄭治祥;吳玉程
受保護的技術使用者：合肥工業大學
技術研發日：2017.08.02
技術公布日：2017.10.20