一種p-NiO/n-CdS/TiO₂複合半導體光催化劑的製備方法

2023-07-16 01:35:36

專利名稱：一種p-NiO/n-CdS/TiO2複合半導體光催化劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，屬於光催化 材料領域。
背景技術：
隨著能源危機和環境危機的日益加深，開發利用可再生能源成為全球共同關注的 熱點。太陽能是人類可利用的最豐富的能源，是取之不盡、用之不竭、無汙染、廉價、全球各 國均能夠自由和平利用的能源，也是各種可再生能源如生物質能、風能、海洋能、水能等其 它能源之本。為此，各國政府都十分重視太陽能的開發利用，太陽能的開發利用成為各國政 府大力投入的熱門研究領域。光催化劑是一類開發利用太陽能必備的半導體材料。在過去的三十多年中，科學 家們研究了許多半導體光催化劑的光催化性能，如Ti02、RuO2, ZnO, Fe203> CdS、SrTiO3> CoO/ SrTi03、Ni0/SrTi03和Sr3Ti2O7等。在眾多的半導體光催化劑中，TiO2和CdS是備受關注的 半導體光催化劑。TiO2以穩定性高、耐光腐蝕、環境友好和應用成本低等特點成為最有應用前景的 光催化劑之一。但由於TiO2的帶隙高達3. 2eV，只能吸收紫外光分解水制氫，不能將可見光 轉化為化學能，因此，單獨使用TiO2作光催化劑利用太陽能無實際意義。CdS作為一種窄帶隙半導體材料，禁帶寬度為2. 4eV左右，能級與太陽光譜非常匹 配，從能級考慮是一種非常理想的光催化劑。但大量已有的研究結果表明，單純的CdS半導 體作為光催化劑雖然有一定的光催化性能，由于禁帶寬度窄，光照後產生的電子-空穴對 容易複合，使其光催化效率低，且容易受到空穴的氧化發生光腐蝕作用，影響其使用壽命。 由於CdS易發生光腐蝕反應，大大縮短了 CdS的使用壽命，甚至失去光催化活性，從而限制 了 CdS的應用。為此，國內、外學者在CdS的改性方面進行了大量研究工作，以提高CdS的 光催化效率，降低CdS的光腐蝕，延長CdS的使用壽命。目前，對CdS改性的方法主要有① 貴金屬沉積；②與寬禁帶半導體複合(如CdS與TiO2複合，CdS與ZnO複合)；③載體負載 (如CdS負載在SiO2上)等，但效果都不明顯。為降低CdS的光腐蝕作用，有效提高CdS的光催化效率，本發明用ρ型半導體MO 與η型半導體CdS和TiO2複合，製備了 p-η複合半導體p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化劑。所制 備的p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化劑在可見光輻射下，由p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體中的η 型半導體CdS吸收可見光產生電子-空穴對，即CdS價帶上的電子躍遷到導帶，同時在CdS 價帶上留下空穴。由於P型半導體NiO是空穴傳輸半導體，因此，p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半 導體中CdS價帶上的空穴可傳輸到NiO上，使CdS有效避免了空穴的氧化，降低CdS的光腐 蝕作用；同時，CdS導帶上的電子躍遷到TiO2導帶，可效提高了光生電子_空穴對的分離效 率，從而有效提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率。本發明通過ρ型半導體NiO與η型半導體CdS和TiO2的複合，可有效避免空穴對CdS的氧化，降低CdS的光腐蝕作用，也可使光生電子-空穴對得到更有效的分離，既延長了CdS的使用壽命，又提高了 CdS的光催化效率。這一方法為延長CdS光催化劑的使用壽命， 提高CdS的光催化效率，開闢了一條新途徑，探索了一種新方法，具有重要的實際意義。
發 明內容本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，提供一種 既可延長CdS使用壽命，又可提高CdS光催化效率的新方法。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，所製得的 p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑，在紫外光、可見光和太陽光為光源的條件下，可用 於光催化降解有機汙染物、光催化分解水制氫。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，目的之一 是降低CdS的光腐蝕作用，延長了 CdS的使用壽命，其基本原理是製得的Ρ-Π複合半導體 p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化劑在可見光照射下，由η型半導體CdS吸收可見光，CdS價帶上的 電子躍遷到CdS導帶，同時在CdS價帶上留下一個空穴，由於ρ型半導體NiO為空穴傳輸半 導體，使CdS價帶上的空穴傳輸到NiO顆粒上，降低了空穴對CdS的氧化作用，達到有效降 低CdS光腐蝕作用的目的。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，目的之二 是通過p-NiO、n-CdS和TiO2三者複合，提高CdS的光催化效率，其基本原理是製得的p_n 複合半導體p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化劑在可見光照射下，由半導體CdS吸收可見光，CdS價 帶上的電子躍遷到CdS導帶，CdS導帶上的電子再躍遷到TiO2導帶，從而有效提高光生電 子_空穴對的分離效率，達到有效提高CdS光催化效率的目的。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，採用如下 技術方案和步驟1、TiO2溶膠的製備按照鈦酸酯、醇、酸和去離子水的質量百分比為(0.001% 70% ) (0.001% 99%) (0.001% 90%) (0. 001% 90% )的比例，將鈦酸酯、 醇、酸和去離子水混合後，0°C 100°C下攪拌反應1 30h，再用頻率為20KHZ IMHz、功率 為30W 15KW的超聲波分散器分散0. Ih 10h，製得TiO2溶膠；2、CdSAiO2固體粉末的製備按照製得的TiO2溶膠、鎘鹽、硫脲與去離子水的質 量百分比為(0. 001% 90% ) (0.001% 70%) (0.001% 90%) (0.001% 90% )的比例，將TiO2溶膠、鎘鹽、硫脲與去離子水混合，在頻率為20KHZ IMHz、功率為 30W 15KW的超聲波分散下，於0°C 160°C反應0. Ih 30h，然後過濾得到固體粉餅，固 體粉餅加入其質量1 30倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次 後，固體粉餅再在氮氣保護下200°C 250°C焙燒0. Ih 10h，300°C 350°C下焙燒0. Ih 10h，400°C 480°C下焙燒0. Ih 10h，冷卻後研磨得到CdS/Ti02固體粉末；3、p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備按照CdS/Ti02固體粉末、鎳鹽、 氨水與去離子水的質量百分比為(0. 001% 90% ) (0.001% 70%) (0.001% 90% ) (0.001% 90% )的比例，將鎳鹽、氨水和去離子水混合反應製得鎳氨絡離子溶 液，再加入CdS/Ti02固體粉末，攪拌成懸浮液後，用頻率為20KHZ IMHz、功率為30W 15KW 的超聲波分散器分散0. Ih 10h，在50°C 100°C下減壓蒸餾脫除水分和揮發性的氨，再 在氮氣保護下150°C 300°C熱處理Ih 10h，物料冷卻後加入其質量1 30倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮氣保護下200°C 250°C焙燒 0. Ih 10h，300°C 350°C下焙燒 0. Ih 10h，400°C 450°C下焙燒 0. Ih 10h，500°C 600°C下焙燒0. Ih 10h，冷卻後研磨得到p-Ni0/n_CdS/Ti02複合半導體光 催化劑。本發 明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，具有如下 特點1、通過P型半導體NiO與η型半導體CdS和TiO2複合，製得p-η複合半導體p-NiO/ n-CdS/Ti02光催化劑，使p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化劑在可見光照射下，由η型半導體CdS吸 收可見光，CdS價帶上的電子躍遷到CdS導帶，在CdS價帶上留下一個空穴，由於ρ型半導 體NiO為空穴傳輸半導體，使CdS價帶上的空穴傳輸到NiO顆粒上，降低了空穴對CdS的氧 化作用，達到了有效降低CdS光腐蝕作用的目的；同時，CdS導帶上的電子可遷移到TiO2的 導帶，也可有效提高光生電子_空穴對的分離效率，達到有效提高p-Ni0/n-CdS/Ti02光催 化效率的目的；2、在TiO2溶膠製備階段，採用頻率為20KHZ IMHz、功率為30W 15KW的超聲波 分散器超聲處理的情況下進行反應，目的是減少TiO2溶膠粒子發生團聚，有利於控制TiO2 的顆粒粒徑，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；3、在CdS/Ti02固體粉末製備階段，使用頻率為20KHZ 1MHZ、功率為30W 15KW 的超聲波分散器超聲處理的情況下反應，目的是減少反應期間生成的CdS粒子發生團聚， 有利於控制CdS的顆粒粒徑，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；4、在CdS/Ti02固體粉末製備階段，採用不同溫度下分階段焙燒的方法，即在氮氣 保護下，200°C 250°C焙燒 0. 1 10h，300°C 350°C下焙燒 0. 1 10h，400°C 480°C下 焙燒0. 1 10h，目的是使CdS/Ti02固體粉末的結晶度提高，有利於提高p-Ni0/n-CdS/Ti02 的光催化效率；5、在？-附0/11-0(13/1102複合半導體光催化劑製備階段，採用頻率為20KHZ 1MHZ、 功率為30W 15KW的超聲波分散器處理0. 1 10h，目的是使CdS/Ti02固體粉末分散均 勻，並可脫除CdS/Ti02固體粉末微孔中吸附的氣體，有利於NiO均勻負載在CdS/Ti02固體 粉末表面的同時，也能使NiO均勻負載到CdS/Ti02固體粉末的微孔中，提高p-NiO/n-CdS/ TiO2複合半導體光催化劑中NiO分散的均勻性，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；6、在？-附0/11義(13/1102複合半導體光催化劑製備階段，採用不同溫度下分階段焙 燒的方法，即在氮氣保護下，200°C 250°C焙燒0. Ih 10h，300°C 350°C下焙燒0. Ih 10h，400°C 450°C下焙燒0. Ih 10h，500°C 600°C下焙燒0. Ih 10h，目的是使NiO的 結晶度提高，並使NiO與CdS/Ti02結合得更緊密，有利於提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化 效率。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，反應所用 的鈦酸酯是鈦酸四丁酯、鈦酸四異丁酯、鈦酸四正丙酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四 甲酯中的任一種或多種。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法， 按鈦酸酯、醇、酸和去離子水的質量百分比為(0.001 % 70 % ) (0.001% 99% ) (0.001% 90%) (0.001% 90%)的比例，反應製得的TiO2溶膠，所得TiO2溶膠中TiO2所佔的質量百分比為0. 001% 70%。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，反應所用 的醇是甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇中的任一種或多種。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，反應所用 的酸是鹽酸、硫酸、硝酸中的任一種或多種。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，反應所用 的鎘鹽是無水硫酸鎘、無水硝酸鎘、無水氯化鎘、無水溴化鎘、無水甲酸鎘、無水乙酸鎘、無 水酒石酸鎘、無水檸檬酸鎘、結晶硫酸鎘、結晶硝酸鎘、結晶氯化鎘、結晶溴化鎘、結晶甲酸 鎘、結晶乙酸鎘、結晶酒石酸鎘、結晶檸檬酸鎘中的任一種或多種。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，反應所用 的鎳鹽是無水硫酸鎳、無水硝酸鎳、無水氯化鎳、無水溴化鎳、無水甲酸鎳、無水乙酸鎳、無 水酒石酸鎳、無水檸檬酸鎳、結晶硫酸鎳、結晶硝酸鎳、結晶氯化鎳、結晶溴化鎳、結晶甲酸 鎳、結晶乙酸鎳、結晶酒石酸鎳、結晶檸檬酸鎳中的任一種或多種。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，反應所用 的微波反應器的功率為30W 15KW。本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，光催化劑 的製備過程中所用的超聲波分散器的頻率為20KHZ IMHz、功率為30W 15KW。
具體實施例方式下面是本發明所述的一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法的 非限定性實例。這些實例的給出僅僅是為了說明的目的，並不能理解為對本發明的限定。因 為在不脫離本發明的精神和範圍的基礎上，可以對本發明進行許多變換。在這些實施例中， 除非特別說明，所有的百分比都是指質量百分比。實施例1TiO2溶膠的製備鈦酸四丁酯21.25%無水乙醇63.75%35% 鹽酸5%去離子水10%TiO2溶膠的製備按照上述質量百分比，將鈦酸四丁酯、無水乙醇、35%鹽酸和去 離子水混合後，室溫下攪拌反應20h，再用頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散器分散 2h，製得TiO2溶膠；CdSAiO2固體粉末的製備製得的TiO2溶膠60%無水氯化鎘1.3%硫脲1 %去離子水37.7%0(^/1102固體粉末的製備按照上述質量百分比，將製得的TiO2溶膠、無水氯化鎘、硫脲與去離子水混合，在頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散下，於80°C反應10h，然後過濾得到固體粉餅，固體粉餅加入其質量1 30倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、 過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h， 450°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到CdS/Ti02固體粉末；p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備製得的CdS/Ti02固體粉末20%無水醋酸鎳25% 氨水2% 去離子水67%P-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備按照上述質量百分比，將無水醋 酸鎳、25%氨水與去離子水混合反應製得鎳氨絡離子溶液，再加入製得的CdS/Ti02固體粉 末，攪拌成懸浮液後，用頻率為30KHZ、功率為1000W的超聲波分散器分散0. 5h，在80°C下 減壓蒸餾脫除水分和揮發性的氨，再在氮氣保護下200°C熱處理2h，物料冷卻後加入其質 量15倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮 氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h，450°C下焙燒3h，550°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固體粉末；實施例2TiO2溶膠的製備鈦酸四異丙酯39%異丙醇40%65% 硝酸5%去離子水16%TiO2溶膠的製備按照上述質量百分比，將鈦酸四異丙酯、異丙醇、65%硝酸和去 離子水混合後，室溫下攪拌反應20h，再用頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散器分散 2h，製得TiO2溶膠；CdSAiO2固體粉末的製備製得的TiO2 溶膠45.5%無水溴化鎘1.6%硫脲去離子水51.9%0(^/1102固體粉末的製備按照上述質量百分比，將製得的TiO2溶膠、無水溴化 鎘、硫脲與去離子水混合，在頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散下，於80°C反應10h， 然後過濾得到固體粉餅，固體粉餅加入其質量1 30倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、 過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h， 450°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到CdS/Ti02固體粉末；p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備製得的CdS/Ti02固體粉末30%無水硫酸鎳1550.6%25% 氨水1.6%去離子水67.8%
P-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備按照上述質量百分比，將無水硫 酸鎳、25%氨水與去離子水混合反應製得鎳氨絡離子溶液，再加入製得的CdS/Ti02固體粉 末，攪拌成懸浮液後，用頻率為30KHZ、功率為1000W的超聲波分散器分散0. 5h，在80°C下 減壓蒸餾脫除水分和揮發性的氨，再在氮氣保護下200°C熱處理2h，物料冷卻後加入其質 量15倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮 氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h，450°C下焙燒3h，550°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固體粉末；實施例3
TiO2溶膠的製備
鈦酸四正丙酯28424. 9%
無水乙醇44. 1%
異丙醇10%
硫酸3%
去離子水18%
TiO2溶膠的製備按照上述質量百分比，將鈦丨f四正丙酯、無水乙醇、異丙醇、硫
和去離子水混合後，室溫下攪拌反應20h，再用頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散器 分散2h，製得TiO2溶膠；CdSAio2固體粉末的製備
製得的TiO2溶膠50%
無水硫酸鎘1. 3%
硫脲1. 4%
去離子水47. 3%
CdSAio2固體粉末的製備按照上述質量百分比，將製得的TiO2溶膠、無水硫
鎘、硫脲與去離子水混合，在頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散下，於80°C反應10h， 然後過濾得到固體粉餅，固體粉餅加入其質量1 30倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、 過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h， 450°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到CdS/Ti02固體粉末；
p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備製得的CdS/Ti02固體粉末25%無水溴化鎳2192. 2%25% 氨水5%去離子水67.8% P-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備按照上述質量百分比，將無水溴 化鎳、25%氨水與去離子水混合反應製得鎳氨絡離子溶液，再加入製得的CdS/Ti02固體粉 末，攪拌成懸浮液後，用頻率為30KHZ、功率為1000W的超聲波分散器分散0. 5h，在80°C下 減壓蒸餾脫除水分和揮發性的氨，再在氮氣保護下200°C熱處理2h，物料冷卻後加入其質 量15倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮 氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h，450°C下焙燒3h，550°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固體粉末；
9
實施例4TiO2溶膠的製備鈦酸四乙酯25. 7%異丙醇52. 3%35%鹽酸5%硫酸2%去離子水15%TiO2溶膠的製備按照上述質量百分比，將鈦酸四乙酯、異丙醇、35%鹽酸、硫酸和
去離子水混合後，室溫下攪拌反應20h，再用頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散器分
散2h，製得TiO2溶膠； CdSAiO2固體粉末的製備製得的TiO2 溶膠55.6%無水醋酸鎘2301.6%硫脲去離子水41.8%0(^/1102固體粉末的製備按照上述質量百分比，將製得的TiO2溶膠、無水醋酸 鎘、硫脲與去離子水混合，在頻率為30KHZ、功率為800W的超聲波分散下，於80°C反應10h， 然後過濾得到固體粉餅，固體粉餅加入其質量1 30倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、 過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h， 450°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到CdS/Ti02固體粉末；p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備製得的CdS/Ti02固體粉末28%無水氯化鎳1301. 5%25% 氨水5%去離子水65.5% P-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備按照上述質量百分比，將四水醋 酸鎳、25%氨水與去離子水混合反應製得鎳氨絡離子溶液，再加入製得的CdS/Ti02固體粉 末，攪拌成懸浮液後，用頻率為30KHZ、功率為1000W的超聲波分散器分散0. 5h，在80°C下 減壓蒸餾脫除水分和揮發性的氨，再在氮氣保護下200°C熱處理2h，物料冷卻後加入其質 量15倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮 氣保護下250°C焙燒3h，350°C下焙燒3h，450°C下焙燒3h，550°C下焙燒8h，冷卻後研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固體粉末。
權利要求
1.一種p-Ni0/n-CdS/Ti02複合半導體光催化劑的製備方法，其特徵在於採用如下技術 方案和步驟進行製備①TiO2溶膠的製備按照鈦酸酯、醇、酸和去離子水的質量百分比為(0.001% 70% ) (0.001% 99%) (0.001% 90%) (0. 001% 90% )的比例，將鈦酸酉旨、 醇、酸和去離子水混合後，0°C 100°C下攪拌反應1 30h，再用頻率為20KHZ IMHz、功率 為30W 15KW的超聲波分散器分散0. Ih 10h，製得TW2溶膠；②cds/TiA固體粉末的製備按照製得的TW2溶膠、鎘鹽、硫脲與去離子水的質量百分 比為(0. 001% 90% ) (0.001% 70%) (0.001% 90%) (0. 001 % 90% )的 比例，將TW2溶膠、鎘鹽、硫脲與去離子水混合，在頻率為20KHZ IMHz、功率為30W 15KW 的超聲波分散下，於0°C 160°C反應0. Ih 30h，然後過濾得到固體粉餅，固體粉餅加入其 質量1 30倍的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再 在氮氣保護下200°C 250°C焙燒0. Ih 10h，300°C 350°C下焙燒0. Ih 10h，400°C 480°C下焙燒0. Ih 10h，冷卻後研磨得到CdS/TiA固體粉末；③p-NiO/n-CdS/TiA複合半導體光催化劑的製備按照製得的CdS/TiA固體粉末、鎳 鹽、氨水與去離子水的質量百分比為(0.001% 90%) (0.001% 70%) (0.001% 90% ) (0.001% 90% )的比例，將鎳鹽、氨水和去離子水混合反應製得鎳氨絡離子 溶液，再加入製得的CdS/Tih固體粉末，攪拌成懸浮液後，用頻率為20KHZ IMHz、功率為 30W 15KW的超聲波分散器分散0. Ih 10h，在50°C 100°C下減壓蒸餾脫除水分和揮發 性的氨，再在氮氣保護下150°C 300°C熱處理Ih 10h，物料冷卻後加入其質量1 30倍 的去離子水中，經洗滌、超聲分散、過濾和乾燥，如此重複三次後，固體粉餅再在氮氣保護下 200°C 250°C焙燒 0. Ih 10h，300°C 350°C下焙燒 0. Ih 10h，400°C 450°C下焙燒 0. Ih 10h，500°C 600°C下焙燒0. Ih 10h，冷卻後研磨得到p-NiO/n-CdS/TiA複合半 導體光催化劑。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於製備p-NiO/n-CdS/TiA複合半導體光催 化劑的方法具有如下特點①通過P型半導體NiO與η型半導體CdS和TW2複合，製得Ρ-η複合半導體P_Ni0/ n-CdS/Ti02光催化劑，使p-NiO/n-CdS/TiA光催化劑在可見光照射下，由η型半導體CdS吸 收可見光，CdS價帶上的電子躍遷到CdS導帶，在CdS價帶上留下一個空穴，由於ρ型半導 體MO為空穴傳輸半導體，使CdS價帶上的空穴傳輸到NiO顆粒上，降低了空穴對CdS的氧 化作用，達到了有效降低CdS光腐蝕作用的目的；同時，CdS導帶上的電子可遷移到TW2的 導帶，也可有效提高光生電子-空穴對的分離效率，達到有效提高p-NiO/n-CdS/TiA光催 化效率的目的；②在TW2溶膠製備階段，採用頻率為20KHz IMHz、功率為30W 15KW的超聲波分散 器超聲處理的情況下進行反應，目的是減少TW2溶膠粒子發生團聚，有利於控制TiO2的顆 粒粒徑，提高p-NiO/n-CdS/TiA的光催化效率；③在CdS/TiA固體粉末製備階段，使用頻率為20KHZ IMHz、功率為30W 15KW的超 聲波分散器超聲處理的情況下反應，目的是減少反應期間生成的CdS粒子發生團聚，有利 於控制CdS的顆粒粒徑，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；④在CdS/TiA固體粉末製備階段，採用不同溫度下分階段焙燒的方法，即在氮氣保護下，200°C 250°C焙燒 0. 1 10h，300°C 350°C下焙燒 0. 1 10h，400°C 480°C下焙燒 0. 1 10h，目的是使CdS/TiA固體粉末的結晶度提高，有利於提高p-NiO/n-CdS/TiA的光 催化效率；⑤在p-NiO/n-CdS/TiA複合半導體光催化劑製備階段，採用頻率為20KHZ IMHz、功率 為30W 15KW的超聲波分散器處理0. 1 10h，目的是使CdS/TiA固體粉末分散均勻，並 可脫除CdS/Tih固體粉末微孔中吸附的氣體，有利於NiO均勻負載在CdS/TiA固體粉末表 面的同時，也能使NiO均勻負載到CdS/TiA固體粉末的微孔中，提高p-NiO/n-CdS/TiA復 合半導體光催化劑中NiO分散的均勻性，提高p-NiO/n-CdS/TiA的光催化效率；⑥在p-NiO/n-CdS/TiA複合半導體光催化劑製備階段，採用不同溫度下分階段焙燒的 方法，即在氮氣保護下，200°C 250°C焙燒0. Ih 10h，300°C 350°C下焙燒0. Ih 10h， 400°C 450°C下焙燒0. Ih 10h，500°C 600°C下焙燒0. Ih 10h，目的是使NiO的結晶 度提高，並使NiO與CdS/TiA結合得更緊密，有利於提高p-NiO/n-CdS/TiA的光催化效率。
3.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於反應所用的鈦酸酯是鈦酸四丁酯、鈦酸 四異丁酯、鈦酸四正丙酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四甲酯中的任一種或多種。
4.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於按鈦酸酯、醇、酸和去離子水的質量百分 比為(0. 001% 70% ) (0.001% 99%) (0.001% 90%) (0.001% 90%) 的比例，反應製得TiA溶膠，所得TiA溶膠中TiA所佔的質量百分比為0.001% 70%。
5.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於反應所用的醇是甲醇、乙醇、正丙醇、異 丙醇中的任一種或多種。
6.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於反應所用的酸是鹽酸、硫酸、硝酸中的任 一種或多種。
7.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於反應所用的鎘鹽是無水硫酸鎘、無水硝 酸鎘、無水氯化鎘、無水溴化鎘、無水甲酸鎘、無水乙酸鎘、無水酒石酸鎘、無水檸檬酸鎘、結 晶硫酸鎘、結晶硝酸鎘、結晶氯化鎘、結晶溴化鎘、結晶甲酸鎘、結晶乙酸鎘、結晶酒石酸鎘、 結晶檸檬酸鎘中的任一種或多種。
8.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於反應所用的鎳鹽是無水硫酸鎳、無水硝 酸鎳、無水氯化鎳、無水溴化鎳、無水甲酸鎳、無水乙酸鎳、無水酒石酸鎳、無水檸檬酸鎳、結 晶硫酸鎳、結晶硝酸鎳、結晶氯化鎳、結晶溴化鎳、結晶甲酸鎳、結晶乙酸鎳、結晶酒石酸鎳、 結晶檸檬酸鎳中的任一種或多種。
9.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於反應所用的微波反應器的功率為30W 1^(W。
10.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於光催化劑的製備過程中所用的超聲波 分散器的頻率為20KHZ 1MHZ、功率為30W 15KW。
全文摘要
本發明公開了一種p-NiO/n-CdS/TiO2複合半導體光催化劑的製備方法，該方法首先以鈦酸酯、醇、酸和去離子水為原料製得TiO2溶膠；其次，以製得的TiO2溶膠、鎘鹽、硫脲與去離子水為原料，依次經反應、超聲分散、減壓蒸餾、洗滌、超聲分散、過濾、乾燥、焙燒和研磨等處理製得CdS/TiO2固體粉末；第三，以製得的CdS/TiO2固體粉末、鎳鹽、氨水與去離子水為原料，依次經反應、超聲分散、減壓蒸餾、洗滌、超聲分散、過濾、乾燥、焙燒和研磨等處理製得p-NiO/n-CdS/TiO2複合半導體光催化劑。該方法通過p型半導體NiO與n型半導體CdS和TiO2的複合，可有效降低CdS的光腐蝕速度，也可提高了p-NiO/n-CdS/TiO2的光催化效率。該方法工藝簡便，切實可行，利於推廣。
文檔編號B01J27/043GK102125859SQ20101060776
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者劉忠祥, 劉戀戀, 劉福生, 盧南, 方婷, 朱濤, 李振, 李玲 申請人:南京林業大學