肼的用途、穩定硫化鎘的方法、硫化鎘光電陽極及制備方法，以及光電化學電解池的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種肼的用途、穩定硫化鎘的方法、硫化鎘光電陽極及制備方法，以及光電化學電解池，通過在電解液中加入肼或者肼的類似物，大幅度地提高CdS的穩定性，平均可以保持1?30個小時。
【專利說明】肼的用途、穩定硫化鎘的方法、硫化鎘光電陽極及制備方法， 以及光電化學電解池 【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種光電催化技術在污水處理中的方法，特別涉及一種肼的用途、穩 定硫化鎘光陽極的方法，以及硫化鎘光電陽極的制備方法。 【【背景技術】】
[0002] 隨著能源的危機和環境污染是世界面對的兩個嚴重的問題，尋找一種可再生環保 能源去解決這些問題迫在眉睫。
[0003] 近年來，新型可見光響應光催化材料的開發利用成為研究熱點，在環境污染控制、 可持續能源開發利用方面具有重要意義。有許多的研究人員把目標都轉向了半導體光催化 劑，因為它們有解決能源和環境問題的潛能，許多報告光催化劑被利用在水裂解產氫作為 清潔能源來源，和降解有機污染物。然而，大多數催化劑的報告吸收光響應只在紫外光下進 行，可是他們的效率遠遠達不到我們實際需要的應用。于是目前發展催化劑在可見光下響 應仍然是一個很大的挑戰，但是我們仍然期待利用可見光，因為他占據太陽光譜的一半左 右。
[0004] 與目前最為常用的寬帶隙的TiO2半導體光催化材料相比，硫化鎘(CdS)具有較小 的禁帶寬度(2.42eV)，能夠吸收波長小于520nm的紫外和可見光，另外，CdS具有較負的導帶 帶邊位置，因此被認為是一種在可見光光催化方面具有一定應用潛力的半導體光催化劑， 同時也是一個簡單的、最有可能擴展利用在可見光太陽輻射的催化劑，然而，CdS本身的效 率卻十分低、光腐蝕強、穩定性較差。
[0005] 當CdS用作光陽極時，其將浸泡在惰性的電解液中，在該電解液，水將會發生氧化 還原反應，而電解質本身不會發生氧化還原反應，常用的電解質為硫酸鈉。因為CdS的不穩 定性，因此，CdS非常容易被氧化，尤其是其中的硫離子，CdS在硫酸鈉的電解液中最多保持5 分鐘。為此，本領域技術人員猜測，如果在電解液中加入比硫離子更易氧化的物質，那么將 會減少或避免CdS的被氧化，在該思路下，人們發現，如果在電解液中加入硫化鈉或亞硫酸 鈉，那么會使CdS在電解液中保持的時間由5分鐘延長到10分鐘左右。然而該保持時間遠遠 不能達到實際的需要。
[0006] 鑒于以上技術問題，實有必要提供一種肼的用途、穩定硫化鎘的方法、硫化鎘光電 陽極及制備方法，以及光電化學電解池，以解決以上技術問題。 【
【發明內容】
】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是提供一種肼的用途、穩定硫化鎘的方法、硫化鎘光 電陽極及制備方法，以及光電化學電解池，以解決硫化鎘的穩定性問題。
[0008] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0009] -種穩定硫化鎘的方法，所述的硫化鎘用作光電陽極，在光電陽極的電解液內加 入有如下通式的物質A:
[0010] ' Cm' 其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪 ? 烴取代基或芳香烴取代基。
[0011] 當支持電解質溶液中添加物質A后，電解液為中性到堿性溶液。
[0012] 當支持電解質溶液中添加物質A后，電解液的pH為6-14。
[0013] -種CdS光電陽極的制備方法，首先在電極上制備CdS，然后配制惰性的電解液溶 液，最后在該電解液中加入通式為以下的物質A:
[0014] 敗[一 ? 烴取代基或芳香烴取代基。
[0015] 所述的CdS的制備方法為:將洗凈的導電基底放入鎘源溶液和硫源溶液中，在水熱 反應釜內160 °C~250 °C下發生水熱反應，最后干燥即可。
[0016] 所述干燥是在35 °C~50 °C的干燥箱內進行。
[0017] -種CdS光電陽極，該CdS光電陽極在含有物質A的電解液溶液中，穩定性可以達到 1~30個小時，所述的物質A通式如下：
[0018] R2,:::心一 T 烴取代基或芳香烴取代基。
[0019]當物質A為肼時，CdS光電陽極的穩定性達到30個小時。
[0020] -種光電化學電解池，光照的條件下，工作電極為生長于導電基底上的CdS、對電 極為鉑絲，測試用溶液為添加有如下通式物質A的電解液： ?.??、. m
[0021] n;N - Μ:::;其中，尺1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪 9. 烴取代基或芳香烴取代基。
[0022] 進一步包括有參比電極，該參比電極為Ag/AgCl或甘萊。
[0023] -種肼或其類似物的用作CdS溶液穩定劑的用途，所述肼或其類似物表達為以下 通式： \ ? >>< >
[0024] 一…其中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪 ，. 烴取代基或芳香烴取代基。
[0025] 與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果:本發明通過在電解液中加入肼 或者肼的類似物，大幅度地提高CdS的穩定性，最典型的是在含有肼溶液中至少可以維持30 個小時。 【【附圖說明】】
[0026] 圖1為本發明光電催化穩定CdS光陽極三電極裝置圖。
[0027]圖2為本發明制備的CdS的XRD圖。
[0028] 圖3為本發明用三電極測試硫化鎘在不含物質A溶液中的電流-時間圖。
[0029] 圖4為本發明是三電極測試硫化鎘在肼溶液中的電流-時間圖。
[0030] 圖5為本發明是三電極測試硫化鎘在苯肼溶液中的電流-時間圖。
[0031 ]圖6為本發明是三電極測試硫化鎘在偏二甲肼溶液中的電流-時間圖。 【【具體實施方式】】
[0032] 本發明通過在電解液中加入肼或者肼的類似物，大幅度地提高CdS的穩定性，特別 是在含有肼的溶液至少可以維持30個小時。肼的類似物包括但不限于:苯肼或偏二甲肼，該 肼及其類似物的通式如下：
[0033]
[0034] 其中，1?1、1?2、1?3、1?4可以為：1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代基或芳香烴取代基，且 尺1、1?2、1?3、1?4中至少有一個!1。
[0035] R1、R2、R3、R4可以選擇以下物質：
[0037]制備CdS光電陽極方法：
[0038] 步驟一、清洗FTO:用丙酮，異丙醇，無水乙醇，超純水各超聲15min;
[0039] 步驟二、配置含有0 · 386g硝酸鎘和0 · 286g硫脲溶液IOOmL;
[0040]步驟三、在水熱條件溫度為210°C_230°C，讓步驟二的溶液發生水熱反應14.5h; [00411步驟四、讓水熱釜自然冷卻，用超純水輕微的沖洗，然后在溫度為30°C~50°C的干 燥箱中干燥I Om i n-20m i η，制的CdS光電陽極。
[0042 ] 步驟五、將步驟四制備的CdS在0.1 - lmo I /L硫酸鈉的溶液（I OOmL )，同時在光照的 條件下，電化學站:供三電極系統檢測CdS的電流-時間圖（0.75V)。
[0043] 利用該方法制備的CdS電流-時間曲線和XRD如下圖2和圖3,由圖中可知，在60sec 時，電流已經下降至〇.5mA/cm2以下。
[0044] 以下結合具體實施例對本發明制備方法做詳細描述：
[0045] 實施例1
[0046] 本實施例穩定CdS光電陽極在肼溶液的方法包括以下步驟：
[0047] 步驟一、用去離子水配置0.1-lmol/L的硫酸鈉溶液。
[0048]步驟二、在步驟一中的溶液加入0.1-3mol/L的肼攪拌，配置含肼電解質溶液(pH = 10.6)〇
[0049]步驟三、用電化學工作站三電極系統：工作電極為CdS光電陽極、對電極為鉑絲、參 比電極是Ag/AgCl，同時在光照的條件下，測試CdS在肼溶液下的電流時間曲線(0.75V)。 [0050]本實施例穩定CdS光電陽極在肼溶液的電流-時間曲線如圖4所示，由圖可知，在30 小時，電流由7 · 2mA/cm2降低到6 · 4mA/cm2 ο [0051 ] 實施例2
[0052]本實施例穩定CdS光電陽極在苯肼溶液的方法包括以下步驟：
[0053] 步驟一、用超純水配置0.1-lmol/L的硫酸鈉溶液。
[0054]步驟二、在步驟一中的溶液加入0.1-3mol/L的苯肼攪拌，然后再加入氫氧化鈉調 節pH為10.6(與肼的pH保持一致），配置含苯肼電解質溶液。
[0055]步驟三、用電化學工作站三電極系統：工作電極為CdS光電陽極、對電極為鉑絲、參 比電極是Ag/AgCl，同時在光照的條件下，測試CdS在苯肼溶液下的電流-時間圖（0.75V)。
[0056] 本實施例穩定CdS光電陽極在苯肼的電流-時間曲線如圖5,由圖可知，在255sec 時，電流由3 · 5mA/cm2降低到1 · 5mA/cm2 〇
[0057] 實施例3
[0058]本實施例穩定CdS光電陽極在偏二甲肼溶液的方法包括以下步驟：
[0059] 步驟一、用超純水配置0.1-1.5mol/L的硫酸鈉溶液。
[0060]步驟二、在步驟一中的溶液加入0.1_3m〇l/L的偏二甲肼攪拌，然后同樣調節pH為 10.6(與肼的pH保持一致），配置含偏二甲肼電解質溶液。
[0061 ]步驟三、用電化學工作站三電極系統：工作電極為CdS光電陽極、對電極為鉑絲、參 比電極是Ag/AgCl，同時在光照的條件下，測試CdS在偏二甲肼溶液下的電流-時間圖 (0.75V)。
[0062]本實施例穩定CdS光電陽極在偏二甲肼的電流-時間曲線如圖6，由圖可知，在 5000sec 時，電流從 6 · OmA/cm2 降低至 4 · 5mA/cm2。
[0063]由以上可知，當在電解液中加入肼或者肼的類似物后，溶液的電流并未發生明顯 降低，由此驗證了 CdS的穩定性大大得到了提高。
[0064]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制。凡是根據發明技 術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發明技術方案 的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種穩定硫化鎘的方法，所述的硫化鎘用作光電陽極，其特征在于:在光電陽極的電 解液內加入有如下通式的物質A:其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。2. 根據權利要求1所述的一種穩定硫化鎘的方法，其特征在于：當支持電解質溶液中添 加物質A后，電解液為中性到堿性溶液。3. -種CdS光電陽極的制備方法，其特征在于:首先在電極上制備CdS，然后配制惰性的 電解液溶液，最后在該電解液中加入通式為以下的物質A:其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。4. 根據權利要求3所述的一種CdS光電陽極的制備方法，其特征在于:所述的CdS的制備 方法為:將導電基底清洗干凈后，將鎘源溶液和硫源溶液在水熱反應釜內于160 °C~250°C 下發生水熱反應，最后干燥即可。5. 根據權利要求4所述的一種CdS光電陽極的制備方法，其特征在于:所述干燥是在35 °C~50°C的干燥箱內進行。6. -種CdS光電陽極，其特征在于:該CdS光電陽極在含有物質A的電解液溶液中，穩定 性可以達到1~30個小時，所述的物質A通式如下：其中，Rl、R2、R3、R4中至少有一個Η，且R1、R2、R3、R4為Η、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。7. 根據權利要求6所述的一種CdS光電陽極，其特征在于：當物質Α為肼時，CdS光電陽極 的穩定性達到30個小時。8. -種光電化學電解池，其特征在于:光照的條件下，工作電極為生長于導電基底上的 CdS、對電極為鉑絲，測試用溶液為添加有如下通式物質A的電解液：其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 j 基或芳香烴取代基。9. 根據權利要求8所述的一種光電化學電解池，其特征在于:進一步包括有參比電極， 該參比電極為Ag/AgCl或甘汞。10. -種肼或其類似物的用作CdS溶液穩定劑的用途，所述肼或其類似物表達為以下通 式：其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。
【文檔編號】C02F1/30GK105923710SQ201610243666
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月19日
【發明人】李遠剛, 史永宏, 李華靜, 楊淑莉, 周安寧
【申請人】西安科技大學