CdS納米球/Elicarb石墨烯光催化劑及其制備方法與流程

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑及其制備方法。

背景技術：

環境污染和能源短缺問題的日益加劇，極大的威脅著人類社會的可持續發展。尋求高效、環保的污染物降解技術和清潔可再生能源成為近年來世界關注的焦點。半導體光催化技術作為一種在常溫常壓下，通過太陽光來直接驅動完成一系列重要化學反應的技術，由于其綠色環保，反應條件溫和等特點，在環境污染防治和新型能源開發領域引起了人們極大的關注。

CdS帶隙為2.4 eV具有很好的可見光響應，且其具有成本低廉,光催化性能優越等特點，被認為是理想的光催化劑。然而,仍存在其光生電子空穴對復合問題。石墨烯的引入能夠抑制CdS的光生電子空穴對的復合，提高復合光催化劑的光催化活性。然而普通的氧化還原法制備的石墨烯具有較多的表面缺陷和殘留含氧官能團，極大地降低了其電導率。因此，使用缺陷更少，電導率更高的石墨烯成為了提高復合光催化劑光催化活性的一種簡單有效的方法。本發明公開了一種CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑及其制備方法。制備合成的CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光解水產氫活性明顯高于CdS納米球/還原氧化石墨烯（CdS-RGO）和空白CdS納米球。

技術實現要素：

針對氧化還原法制備的石墨烯缺陷多電導率差等問題，本發明公開了一種CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑及其制備方法。制備合成的CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光解水產氫活性明顯高于CdS納米球/還原氧化石墨烯（CdS-RGO）和空白CdS納米球。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑，該光催化劑是以Elicarb石墨烯（EGR）為骨架，負載有CdS納米球形成的復合型納米光催化劑 ；其中Elicarb石墨烯與CdS納米球的質量比為：0.5:100 ～ 5:100。

本發明的另一目的在于提供一種上述CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑的制備方法，所述方法包括以下步驟：

（1）CdS納米球的制備：將0.85mg醋酸鎘（Cd(CH₃COO)₂·2H₂O）、1.22mg硫脲（NH₂CSNH₂）、40mL水（H₂O）混合攪拌均勻，接著120℃水熱24 h，得到CdS納米球；

（2）CdS納米球的正電化修飾：400mgCdS納米球溶于500mL乙醇（C₂H₅OH）中超聲30min，再加入2mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，60℃回流4 h，離心洗滌得到正電化修飾的CdS納米球；

（3）Elicarb石墨烯（EGR）的分散：將2g十二烷基苯磺酸鈉、20mg Elicarb石墨烯（EGR）超聲混合均勻，抽濾洗去多余的十二烷基苯磺酸鈉，再把EGR重新分散在水溶液中；十二烷基苯磺酸鈉修飾后的EGR，同時具有水溶性好，帶負電的特點。

（4）CdS納米球與EGR靜電自組裝：再取十二烷基苯磺酸鈉修飾后的EGR逐滴加入到CdS納米球溶液中，加完后，攪拌0.5h，水熱12h后離心洗滌得到CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）。

（5）CdS納米球/還原氧化石墨烯（CdS-RGO）的制備：取含有2mg的氧化石墨烯（GO）逐滴加入到100mg正電化修飾的CdS納米球溶液中，加完后，攪拌0.5h，水熱12h后離心洗滌得到CdS納米球/還原氧化石墨烯（CdS-RGO）。

光催化分解水產氫的具體步驟如下：

(1) 取72 ml 水（H₂O），8 ml 乳酸，40 mg催化劑超聲混合均勻。

(2) 對上述體系進行可見光光照，每隔固定時間，對產生的氫氣用氣相色譜進行定性定量分析。

本發明的顯著優點在于：

(1) Elicarb石墨烯（EGR）具有表面缺陷少，電導率高等特點，運用該種石墨烯可以顯著提高半導體光催化劑的光催化活性。

(2) 運用靜電自組裝法合成復合光催化劑具有操作簡單，制作成本低、生產工藝簡單、可宏觀制備等特點。

附圖說明

圖1為GO的掃描電子顯微鏡圖。

圖2為EGR的掃描電子顯微鏡圖。

圖3是GO和EGR的拉曼光譜圖。

圖4是CdS-2%RGO的掃描電子顯微鏡圖。

圖5是CdS-2%EGR的掃描電子顯微鏡圖。

圖6是含有不同比例RGO的CdS-RGO光解水產氫活性圖。

圖7是含有不同比例EGR的CdS-EGR光解水產氫活性圖。

具體實施方式

實施例1

一種CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑，該光催化劑是以Elicarb石墨烯（EGR）為骨架，負載有CdS納米球形成的復合型納米光催化劑 ；其中Elicarb石墨烯與CdS納米球的質量比為：2:100。其具體制備步驟為：

（1）CdS納米球的制備：將0.85 mg 醋酸鎘（Cd(CH₃COO)₂·2H₂O）、1.22 mg 硫脲（NH₂CSNH₂）、40 ml 水（H₂O）混合攪拌均勻，接著120℃水熱24 h，得到CdS納米球。

（2）CdS納米球的正電化修飾：取400 mg 制備得到的CdS納米球超聲30min分散于200 ml乙醇（C₂H₅OH）中，再加入2 ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷，60℃回流4 h，離心洗滌得到正電化修飾的CdS納米球。

（3）Elicarb石墨烯（EGR）的分散：取2 g 十二烷基苯磺酸鈉和20 mg Elicarb石墨烯（EGR）超聲混合均勻，抽濾洗去多余的十二烷基苯磺酸鈉，再把EGR重新分散在水溶液中。得到十二烷基苯磺酸鈉修飾后的EGR。

（4）CdS納米球與EGR靜電自組裝：將含有2mg十二烷基苯磺酸鈉修飾的EGR滴加到正電化修飾的CdS納米球中，攪拌30min，水熱12h后離心洗滌得到CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑。同理取含有2mg的氧化石墨烯（GO）逐滴加入到含有100mg正電化修飾的CdS納米球溶液中，加完后，攪拌30min，水熱12h后離心洗滌得到CdS納米球/還原氧化石墨烯（CdS-RGO）。

取72 ml 水（H₂O），8 ml 乳酸，40 mg催化劑超聲混合均勻，置于可見光下光照2個小時。CdS-2%EGR復合光催化分解水產生了28.75 μmol的氫氣。明顯優于同條件下CdS-2%RGO產生的10.91μmol的氫氣和空白CdS納米球產生的3.42 μmol氫氣。

實施例2

一種CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑，該光催化劑是以Elicarb石墨烯（EGR）為骨架，負載有CdS納米球形成的復合型納米光催化劑 ；其中Elicarb石墨烯與CdS納米球的質量比為：0.5:100。其具體制備步驟同實施例1。

實施例3

一種CdS納米球/Elicarb石墨烯（CdS-EGR）光催化劑，該光催化劑是以Elicarb石墨烯（EGR）為骨架，負載有CdS納米球形成的復合型納米光催化劑 ；其中Elicarb石墨烯與CdS納米球的質量比為：5:100。其具體制備步驟同實施例1。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。