一種CdS量子點/Bi2MoO6/石墨烯複合型光催化劑的製備方法與流程
2024-02-19 20:02:15 2
本發明屬於無機環保光催化材料的合成技術領域，具體涉及一種cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑的製備方法。
背景技術：
氫能作為一種高效清潔的綠色化學能源，對於解決全球愈發緊張的能源和環境危機有著重要的意義。近幾十年來，研究者們一直致力於光解水制氫技術的研究，開發了許多具有制氫性能的光催化材料。在眾多的光催化材料中，cds量子點作為一種典型的半導體納米材料，具有較窄的禁帶寬度、較好的光利用率及適宜的導帶電勢，在光催化產氫研究中表現出巨大的應用潛力。然而在實際應用中，cds量子點存在的光腐蝕現象嚴重，同時由於光生載流子高的複合率，導致其光催化制氫量子效率偏低。
為了克服cds量子點光催化劑在制氫過程中的缺陷，學者們對其做大量的改性研究，發現材料複合能有效的阻止cds量子點光蝕現象的發生和明顯提高其制氫量子效率。鉬酸鉍（bi2moo6）是一種典型的鉍系光催化劑，具有可見光光催化性能。如將cds量子點與具有合適帶隙結構的bi2moo6相複合，利用兩種半導體的能級差使光生載流子在兩者的導帶和價帶之間互相遷移，促進光生電子和空穴的分離，進而提高其光分解水制氫的催化性能。此外，石墨烯是新型二維碳納米材料，具有更大的比表面積、高化學穩定性及更為優異的電子傳導性能。如將石墨烯與cds量子點複合，利用石墨烯規整的二維平面結構作為光催化劑的載體，一方面可以提高cds量子點的分散程度，增加反應活性位；另一方面可加快光生電荷遷移的速率，提高cds量子點的光催化活性並防止光蝕現象的發生。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是提供了一種操作簡單且易於實現的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑的製備方法，該方法製得的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑可見光利用率高、光蝕現象低且光催化制氫活性好。
本發明為解決上述技術問題採用如下技術方案，一種cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑的製備方法，其特徵在於具體步驟為：
（1）在攪拌條件下將五水合硝酸鉍和二水合鉬酸鈉按摩爾比2:1溶於去離子水中形成硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液，在室溫條件下將硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液攪拌2h後轉移至水熱反應釜中，然後將水熱反應釜放入微波消解儀中於120℃微波反應5-30min，待反應結束後冷卻、洗滌、乾燥得到bi2moo6納米粉體；
（2）配製乙酸鎘溶液，在攪拌和通氮氣的情況下向乙酸鎘溶液中加入巰基乙酸和硫化鈉得到混合溶液，其中巰基乙酸與乙酸鎘的摩爾比為1.2:1，硫化鈉與乙酸鎘的摩爾比為1:1；
（3）將步驟（2）得到的混合溶液於65℃反應2h，然後加入石墨烯和步驟（1）得到的bi2moo6納米粉體得到懸浮溶液，其中石墨烯與bi2moo6納米粉體的質量比為0.03-0.15:1，bi2moo6納米粉體與乙酸鎘的摩爾比為0.1-0.5:1；
（4）將步驟（3）得到的懸浮溶液繼續反應0.5h後過濾、乾燥得到具有高催化活性的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑。
進一步優選，所述硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.01-0.05mol/l。
進一步優選，所述乙酸鎘溶液中乙酸鎘的摩爾濃度為0.01-0.05mol/l。
本發明與現有技術相比具有以下有益效果：
1、採用適宜的合成工藝製備出能帶結構相匹配的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑，利用兩種半導體之間的能級差使光生載流子由一種半導體微粒的能級注入到另一種半導體微粒的能級上，從而提高光生電荷的分離效率，進而提高複合型光催化劑的制氫性能；
2、利用石墨烯優異的電子傳導性能，不但提高了cds量子點光催化劑的制氫效率，同時也有效降低了cds量子點的光蝕性能；
3、根據微波水熱法加熱速率快和溶液受熱均勻等特點，採用微波水熱法製備出晶粒粒度小、團聚程度低的高活性bi2moo6納米粉體，進而有效提高了cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑的活性。
附圖說明
圖1為300w氙燈照射下，本發明實施例1所製備的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑和純cds量子點光催化劑的光催化分解水制氫效率柱形圖（操作條件：催化劑的量：0.1g；犧牲劑的量：5ml0.1mol/l的na2s和5ml0.04mol/l的na2so3）。從圖中可以看出，在模擬可見光的照射下，光照5h後，cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑的產氫效率明顯高於純cds量子點光催化劑的產氫效率，表現出明顯增強的光催化活性。
具體實施方式
以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實施例，凡基於本發明上述內容實現的技術均屬於本發明的範圍。
實施例1
（1）在攪拌條件下將0.97g五水合硝酸鉍和0.242g二水合鉬酸鈉溶於200ml去離子水中形成硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液，在室溫條件下將硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液攪拌2h後轉移至水熱反應釜中，然後將水熱反應釜放入微波消解儀中於120℃微波反應5min，待反應結束後冷卻、洗滌、乾燥得到bi2moo6納米粉體；
（2）配製0.01mol/l的乙酸鎘溶液200ml，在攪拌和通氮氣的情況下向乙酸鎘溶液中加入0.0024mol巰基乙酸和0.002mol硫化鈉得到混合溶液；
（3）將步驟（2）得到的混合溶液於65℃反應2h，然後加入0.135g石墨烯和0.001mol步驟（1）得到的bi2moo6納米粉體得到懸浮溶液；
（4）將步驟（3）得到的懸浮溶液繼續反應0.5h後過濾、乾燥得到具有高催化活性的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑。
實施例2
（1）在攪拌條件下將1.94g五水合硝酸鉍和0.484g二水合鉬酸鈉溶於200ml去離子水中形成硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液，在室溫條件下將硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液攪拌2h後轉移至水熱反應釜中，然後將水熱反應釜放入微波消解儀中於120℃微波反應10min，待反應結束後冷卻、洗滌、乾燥得到bi2moo6納米粉體；
（2）配製0.03mol/l的乙酸鎘溶液200ml，在攪拌和通氮氣的情況下向乙酸鎘溶液中加入0.0072mol巰基乙酸和0.006mol硫化鈉得到混合溶液；
（3）將步驟（2）得到的混合溶液於65℃反應2h，然後加入0.135g石墨烯和0.002mol步驟（1）得到的bi2moo6納米粉體得到懸浮溶液；
（4）將步驟（3）得到的懸浮溶液繼續反應0.5h後過濾、乾燥得到具有高催化活性的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑。
實施例3
（1）在攪拌條件下將0.97g五水合硝酸鉍和0.242g二水合鉬酸鈉溶於200ml去離子水中形成硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液，在室溫條件下將硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液攪拌2h後轉移至水熱反應釜中，然後將水熱反應釜放入微波消解儀中於120℃微波反應30min，待反應結束後冷卻、洗滌、乾燥得到bi2moo6納米粉體；
（2）配製0.05mol/l的乙酸鎘溶液200ml，在攪拌和通氮氣的情況下向乙酸鎘溶液中加入0.012mol巰基乙酸和0.01mol硫化鈉得到混合溶液；
（3）將步驟（2）得到的混合溶液於65℃反應2h，然後加入0.1g石墨烯和0.001mol步驟（1）得到的bi2moo6納米粉體得到懸浮溶液；
（4）將步驟（3）得到的懸浮溶液繼續反應0.5h後過濾、乾燥得到具有高催化活性的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑。
實施例4
（1）在攪拌條件下將4.85g五水合硝酸鉍和1.21g二水合鉬酸鈉溶於200ml去離子水中形成硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液，在室溫條件下將硝酸鉍與鉬酸鈉的混合溶液攪拌2h後轉移至水熱反應釜中，然後將水熱反應釜放入微波消解儀中於120℃微波反應15min，待反應結束後冷卻、洗滌、乾燥得到bi2moo6納米粉體；
（2）配製0.05mol/l的乙酸鎘溶液200ml，在攪拌和通氮氣的情況下向乙酸鎘溶液中加入0.012mol巰基乙酸和0.01mol硫化鈉得到混合溶液；
（3）將步驟（2）得到的混合溶液於65℃反應2h，然後加入0.135g石墨烯和0.005mol步驟（1）得到的bi2moo6納米粉體得到懸浮溶液；
（4）將步驟（3）得到的懸浮溶液繼續反應0.5h後過濾、乾燥得到具有高催化活性的cds量子點/bi2moo6/石墨烯複合型光催化劑。
以上實施例描述了本發明的基本原理、主要特徵及優點，本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明原理的範圍下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發明保護的範圍內。