一種制備CdS/CoWO<sub>4</sub>異質結復合光催化劑的方法
【專利摘要】本發明涉及過渡金屬鎢酸鹽,特指一種以氫氧化鈉、鎢酸鈉和硝酸鈷為原料制備CdS/CoWO4異質結復合光催化劑的方法。取適量的鎢酸鈉,加入到含有氯化鈷的溶液中,在攪拌下加入一定量氫氧化鈉,調節溶液pH為8,水熱反應180℃,12小時,將得到的沉淀用乙醇和去離子水交替清洗三遍;將得到的CoWO4超聲分散在去離子水中,加入等物質量的硫脲和醋酸鎘,繼續攪拌混合均勻后進行水熱反應180℃,24小時,反應結束后,將沉淀過濾,洗滌,烘干,得到CdS/CoWO4異質結復合光催化劑。通過在可見光下降解亞甲基藍(MB)實驗證明所制備的復合光催化劑具有良好的光催化活性。
【專利說明】
一種制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的方法
技術領域
[0001]本發明涉及過渡金屬鎢酸鹽,特指一種以氫氧化鈉、鎢酸鈉、氯化鈷,硫脲和醋酸鎘為原料制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的方法,尤其是一種制備工藝簡單,產品具有良好可見光催化活性的納米復合光催化劑制備方法。
技術背景
[0002]金屬鎢酸鹽由于其獨特的電學、光學等性質,在許多領域已經得到廣泛運用,其中過渡金屬鎢酸鹽(CoWO4)具有穩定的化學性質,相比于其他具有可見光響應的過渡金屬鎢酸鹽導帶位置較高,具有產生超氧自由基的能力,因而在光催化領域已經成為關注的焦點;現有的CoWO4過渡金屬鎢酸鹽催化劑的催化活性依然很低,電子-空穴對復合嚴重,無法滿足實際應用的需求,因此提高電子和空穴的分離效率來達到提高這類光催化劑的催化活性仍是一個富有挑戰性的課題。
[0003]異質結其由于特殊的能帶結構和載流子輸送特性,在光催化反應中能有效抑制光生電子和空穴復合,提尚量子效率,進而大幅提尚光催化劑的催化活性,硫化錦(CdS)具有窄能帶和高導帶位置的特點,是一種構建異質結構非常理想的半導體光催化劑,目前,還沒有關于鎢酸鈷和硫化鎘之間的異質結并將其應用于光催化降解有機污染物的研究。
[0004]本發明利用水熱法能耗低、產率高、產物純度高、反應條件可控、適用性廣等優點,采用兩步水熱法低溫合成了 CdS/CoW04異質結構,同時調節不同的硫化鎘和鎢酸錳摩爾比例,通過光催化降解亞甲基藍(MB)這種常見的有機染料來考察所制備的光催化劑的催化活性
【發明內容】
[0005]本發明目的是提供一種兩步水熱法制備的基于過渡金屬鎢酸鹽的高效光催化劑,實現可見光下光催化降解亞甲基藍的納米復合光催化劑的方法。
[0006]本發明通過以下步驟實現:
[0007](I)將鎢酸鈷納米粒子分散在去離子水中后加入硫脲和醋酸鎘,攪拌混合均勻后進行水熱反應,進而得到CdS/CoW04異質結復合光催化劑,其中CdS和與CoWO4的摩爾比為0.Η.5:1ο
[0008]進一步地,水熱反應的條件為:180°C下水熱反應24小時。
[0009]進一步地,所述鎢酸鈷納米粒子的制備方法如下:取氯化鈷溶液,加入到等摩爾的鎢酸鈉的溶液中得到混合溶液,在攪拌下加入氫氧化鈉溶液調節混合溶液的PH值為8,充分攪拌均勻后進行水熱反應,180°C下水熱反應24小時,反應結束后,將沉淀過濾,洗滌,烘干,得到鎢酸鈷納米粒子。
[0010](2)本發明所制備的CdS/CoW04異質結復合光催化劑,晶化完全,形貌規則,分散性良好。
[0011 ] (3)利用X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、X光電子能譜儀等儀器對產物進行結構分析,以亞甲基藍溶液為目標染料進行光催化降解實驗,通過紫外-可見分光光度計測量吸光度,以評估其光催化活性。
【附圖說明】
[0012]圖1為所制備的CdS/CoW04異質結復合光催化劑,CdS、CoW04的XRD衍射譜圖。
[0013]圖2為所制備純CoWO4納米粒子(a)、CdS/MnW04(b)的透射電鏡照片和異質結透射高分辨電鏡照片(C)以及X光電子能譜圖(d)。
[0014]圖3為所制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的電子順磁共振分析。
[0015]圖4為所制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的可見光催化降解亞甲基藍溶液的時間-降解率關系。
[0016]圖5為所制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑最佳樣品的降解循環實驗。
【具體實施方式】
[0017]實施例lCdS/CoW04納米棒的制備
[0018]含有Immol氯化鈷的溶液加入到含有Immol媽酸鈉的溶液中,用lmmol/L的氫氧化鈉溶液調節混合后的溶液PH值為8,磁力攪拌,然后在180 °C下水熱反應24小時后,離心水洗得到的沉淀,并在60°C條件下干燥得到鎢酸鈷納米粒子;取制備好的鎢酸鈷納米粒子溶于去離子水中,超聲分散,在攪拌的條件下加入等摩爾的硫脲和醋酸鎘,控制醋酸鎘與鎢酸鈷的摩爾比分別為0.1、0.3、0.5、1和1.5,攪拌混合均勻后進行水熱反應180 V下水熱反應24小時,反應后的到的藍色產物用去離子水和乙醇洗凈,過濾,恒溫干燥箱中60 0C烘干。
[0019]實施例2CdS/CoW04異質結復合光催化劑的表征分析
[0020]如圖1所不,從圖中可以看出,復合后的樣品同時具有CdS和CoWCU的特征峰,說明我們成功制備出了 CdS/CoW04異質結復合光催化劑。
[0021]如圖2所示,(a)圖中可以看到純CoWO4為納米顆粒,尺寸大約為30?50nm,(b)圖中可以看到CdS納米顆粒的存在,納米顆粒尺寸大約為5?1nm,( c)圖是所制備的復合材料的透射高分辨電鏡分析結果,可以看到CdS附著在CoWO4納米顆粒的表面,(d)圖中圖譜顯示出鉆,媽,硫,錦,氧兀素的存在。
[0022]如圖3所示,圖中可以清楚看到硫化鎘和鎢酸錳異質結光照后超氧自由基和羥基自由基活性物種的存在。
[0023]實施例3CdS/CoW04異質結復合光催化劑的可見光催化活性實驗
[0024](I)配制濃度為10mg/L的亞甲基藍溶液,將配好的溶液置于暗處。
[0025](2)稱取CdS/CoW04異質結復合光催化劑100mg(當CdS與C0WO4的摩爾比為0.1:1,
0.3:1,0.5:1,1:1,1.5:1得到的樣品分別記為Cl,C2,C3,C4,C5),分別置于光催化反應器中,加入10mL步驟(I)所配好的目標降解液,磁力攪拌30min待復合光催化劑分散均勻后,打開水源,光源,進行光催化降解實驗。
[0026](3)每1min吸取反應器中的光催化降解液,離心后用于紫外-可見吸光度的測量。
[0027](4)由圖4可見所制備的納米復合光催化劑具有優異的可見光催化活性,尤其是CdS與CoW04的摩爾比為0.3的樣品降解亞甲基藍活性最好,比純的CoW04和CdS的降解活性都要高。
[0028](5)由圖5可見所制備的納米復合光催化劑當CdS與CoWO4的摩爾波為0.3時的光催化劑在循環使用四次后依然能夠保持良好的降解活性,表明這種復合光催化劑具有良好的穩定性和可重復利用特點。
【主權項】
1.一種制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的方法,其特征在于:將鎢酸鈷納米粒子分散在去離子水中后加入硫脲和醋酸鎘,攪拌混合均勻后進行水熱反應,進而得到CdS/CoW04異質結復合光催化劑,其中CdS和與C0WO4的摩爾比為0.1-1.5:1。2.如權利要求1所述的一種制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的方法,其特征在于:CdS和與C0WO4的摩爾比為0.3:1。3.如權利要求1所述的一種制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的方法,其特征在于:水熱反應的條件為:180°C下水熱反應24小時。4.如權利要求1所述的一種制備CdS/CoW04異質結復合光催化劑的方法,其特征在于,所述鎢酸鈷納米粒子的制備方法如下:取氯化鈷溶液,加入到等摩爾的鎢酸鈉的溶液中得到混合溶液,在攪拌下加入氫氧化鈉溶液調節混合溶液的pH值為8,充分攪拌均勻后進行水熱反應,180°C下水熱反應24小時,反應結束后,將沉淀過濾,洗滌,烘干,得到鎢酸鈷納米粒子。
【文檔編號】B82Y40/00GK106076367SQ201610402856
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】施偉東, 延旭, 呂濤濤, 吳梓陽, 劉奎立
【申請人】江蘇大學