一種簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法與流程

本發明屬于炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑制備技術領域，特別是一種簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法。

背景技術：

硫化鎘(CdS)是一種典型的Ⅱ-Ⅳ族半導體化合物，其禁帶寬度為2.42eV，導帶的電勢電位比H十/H2的還原電位更負，價帶的電勢電位位置比02/H20的電位更正，能夠被可見光激發進行光催化制氫反應。然而，純的CdS最大的缺陷在于其在水溶液中經長時間光照易發生光腐蝕，極大的限制了實際應用。為了解決這個問題，科學工作者已經做了大量的科學研究。目前，國內外提高CdS光催化的方法主要有元素摻雜、半導體復合、改變形貌結構等等，但這些方法往往存在對實驗條件要求苛刻、實驗步驟繁瑣、合成材料光催化性能低等問題。

在《物理化學報》雜志(2014年，5卷2382-2389頁)、《化學通訊》雜志(2013年，49卷9045頁)和《分子》雜志(2016年，21卷735頁)均曾報道過Cu摻雜CdS的合成方法，所報道的Cu摻雜CdS的合成方法雖得到的產品提高了CdS的制氫性能，并有效的減少光腐蝕的發生，但操作步驟繁瑣。采用簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法還沒有被報道。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有制備的CdS納米結構光催化劑方法存在制備成本高、合成過程復雜、不易控制、產品的均與性低、產量少、重復性差、光腐蝕現象嚴重的不足之處，提供了一種低成本、易控制、重復性好、產品具有抗光腐蝕性的簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法。

本發明的技術方案是通過如下方式實現的：一種簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法，反應試劑采用氯化鎘、硫脲、葡萄糖、硫酸銅和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，溶劑采用乙二醇，采取一步溶劑熱反應后，將液體離心、洗滌、烘干后，即得到炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑產品。

在所述的一種簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法中，制備炭包覆不同Cu摻雜量的CdS花狀納米復合結構光催化劑，是采用控制加入硫酸銅的質量獲得的。

在所述的一種簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法中，制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法是：取反應試劑氯化鎘、硫脲、葡萄糖、硫酸銅和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于一定量的溶劑乙二醇中，經超聲分散形成均質溶液，然后經攪拌后，將混合液放入反應釜中，經升溫至反應溫度后保溫若干小時，待自然冷卻至室溫后打開反應釜，用去離子水和無水乙醇洗滌離心，干燥沉淀物，用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，經真空烘箱烘干后，得到炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑產品。

在所述的一種簡便制備炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法中，所述攪拌的時間為15～20分鐘，所述的反應溫度為160～180℃，所述的保溫時間為6～12小時，所述的真空烘箱烘干的溫度為60℃。

采用本發明制備的炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑，其直徑范圍在300～400nm。本發明制備的炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑具有產品成本低、易控制、均勻性高、產量大、重復性好以及適合大規模生產等優點。

附圖說明

圖1是荷蘭飛利浦公司PW3040/60型X-射線衍射儀所測是制備的炭包覆不同Cu摻雜量CdS花狀納米復合結構光催化劑的X-射線衍射圖，C-CdS、C-Cu0.5％Cd99.5％S、C-Cu0.8％Cd99.2％S、C-Cu1％Cd99％S、C-Cu2％Cd98％S，其中：橫坐標X是衍射角度(2θ)，縱坐標Y是相對衍射強度。

圖2是日本日立公司S-4800型場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀測實施例1中制備的炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑形貌圖。

圖3是日本日立公司S-4800型場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀測實施例2炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的形貌圖。

圖4是日本電子株式會社JEM-2100F透射電子顯微鏡(TEM)觀測到的實施例2中制備的炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑形貌圖。

圖5是日本電子株式會社JEM-2100F高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)實施例2中制備的炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑形貌圖。

圖6是美國賽默飛世爾科技公司ESCLALAB 250Xi型X射線光電子能譜儀(XPS)觀測實施例3中制備的炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的元素分布，其中：橫坐標X是結合能(eV)，縱坐標Y是相對衍射強度。

圖7是炭包覆不同Cu摻雜量CdS花狀納米復合結構樣品之間六個小時的光催化產氫的性能對比圖。

圖8是炭包覆不同Cu摻雜量CdS花狀納米復合結構樣品之間光催化產氫平均速率圖。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明中制備炭包覆不同Cu摻雜量CdS花狀納米復合結構光催化劑的方法做出進一步的具體說明。

實施例1

稱取0.7993g氯化鎘、4.4mg硫酸銅、0.2663g硫脲、0.5g葡萄糖和0.389g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于35mL乙二醇中，經超聲分散形成均質溶液，然后攪拌20分鐘，停止攪拌。將上述所得混合溶液放入50mL反應釜中，經160℃反應11小時后，取懸浮液，再經離心洗滌，60℃烘干，樣品標號C-Cu0.5％Cd99.5％S。

對于所有實例中制備的炭包覆不同Cu摻雜量的CdS花狀納米復合結構作X-射線衍射分析，結果如圖1所示，其橫坐標X是衍射角度(2θ)，縱坐標Y是相對衍射強度；圖1中炭包覆不同Cu摻雜量的CdS花狀納米復合結構樣品的XRD圖，所有衍射峰都對應于晶格常數and的六方相CdS，與國際標準粉末XRD衍射卡片中的JCPDS,41-1049相一致。

對于本實施例中制備的樣品C-Cu0.5％Cd99.5％S核-殼納米球做場發射掃描電鏡分析，得到的電鏡照片如圖2所示，可以看出產品可以看出炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的產量很大，大小均勻,直徑大約在350nm左右。

實施例2

稱取0.7993g氯化鎘、7.1mg硫酸銅、0.2663g硫脲、0.5g葡萄糖和0.389g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于35mL乙二醇中，經超聲分散形成均質溶液，然后攪拌20分鐘，停止攪拌。將上述所得混合溶液放入50mL反應釜中，經170℃反應8小時后，取懸浮液，再經離心洗滌，60℃烘干，樣品標號C-Cu0.8％Cd99.2％S。

對于本實施例中制備的樣品C-Cu0.8％Cd992％S核-殼納米球做場發射掃描電鏡分析，得到的電鏡照片如圖3所示，可以看出產品可以看出炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑的產量很大，大小均勻,直徑大約在350nm左右。

對于本實例中制備的C-Cu0.8％Cd99.2％S花狀納米復合結構光催化劑作透射電子顯微鏡和高分辨電鏡分析，從圖4可以看出的分析可以看出炭包覆Cu摻雜摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑形貌圖像。從圖5可以看出，本實例制備的炭包覆Cu摻雜摻雜CdS花狀納米復合結構光催化劑結晶情況很好，顯示出很好的晶格條紋像。

實施例3

稱取0.7993g氯化鎘、8.8mg硫酸銅、0.2663g硫脲、0.5g葡萄糖和0.389g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于35mL乙二醇中，經超聲分散形成均質溶液，然后攪拌20分鐘，停止攪拌。將上述所得混合溶液放入50mL反應釜中，經180℃反應7小時后，取懸浮液，再經離心洗滌，60℃烘干，樣品標號C-Cu1％Cd99％S。

對于本實例中制備的C-Cu1％Cd99％S花狀納米復合結構光催化劑作X射線光電子能譜儀(XPS)分析，結果如圖6所示，其橫坐標X是結合能(eV)，縱坐標Y是相對衍射強度。可以看出本實施例中制備的C-Cu1％Cd99％S花狀納米復合結構光催化劑有Cu、Cd、S、C四種元素的存在。

對于不同Cu摻雜量的樣品進行了光催化制氫氣的測試(見圖7，圖8)，對5個樣品進行對比，結果表明炭包覆Cu摻雜CdS花狀納米光催化劑的光催化制氫性能均比炭包覆CdS花狀納米催化的要好，而實例4中制備的C-Cu1％Cd99％S樣品光催化性能最好。

通過XRD、FE-SEM、TEM、HRTEM、XPS的測量結果及文獻檢索表明：采用本發明方法所制備得到的炭包覆不同Cu摻雜量CdS花狀納米復合結構光催化劑，是用目前較簡單的方法成功合成出的低成本、高產量、高純度、尺寸均勻性好的制備方法。對于合成以及提高光催化制氫領域的應用可起到一定的推動作用。