[发明专利]具有可见光响应的掺杂中空硫化锌光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂，特别是涉及一种具有可见光响应的光催化剂。

本发明还涉及上述催化剂的制备方法。

本发明还涉及上述催化剂的用途。

背景技术

硫化锌是一种重要的宽禁带半导体(Eg＝3.6eV)。它是最早发现的半导体之一，也是在电子工业上有着广泛应用的最重要的材料之一。硫化锌掺杂金属时，在紫外光、X射线、阴极射线、电子流激发下有很好的发光性能，使得其在发光二极管、平板显示器的有效磷光体上有着广泛地应用。硫化锌有着高的折光系数(2.27)，具有优异的光透射性，使得其在工作于可见光到近红外区的光子晶体器件上也有用武之地。硫化锌在室温下有两种结构异形体，即六方的纤锌矿结构和立方的闪锌矿结构。另外，纳米中空结构材料由于其特殊的物理性质，在催化剂、光子晶体和可控缓释技术上具有潜在的应用价值，因而引起了人们广泛的研究兴趣。

发明内容

本发明的意义在于提供一种具有可见光响应的光催化剂，这种掺杂中空硫化锌光催化剂，既能有效的被可见光激发，又能保持良好的稳定性和较高的催化活性，同时制备工艺简单、成本低廉。

本发明提供的光催化剂是由纳米中空硫化锌和镉离子、亚铜离子中的一种组成，其特征在于该催化剂是由中空硫化锌与镉离子或亚铜离子中的一种成份混合而成。锌离子和其它金属离子的摩尔比为1:0.001～1，中空硫化锌粒子直径在5个纳米到10微米之间。

本发明的具有可见光响应的掺杂硫化锌光催化剂的制备方法如下：

中空硫化锌的制备：将一定量的纳米氧化锌溶于300毫升0.1～3摩尔/升硫化钠水溶液中，在室温下超声搅拌24小时，将沉淀抽滤洗涤后，在80℃真空干燥6小时得到然后硫化锌/氧化锌核壳结构。将一定量的硫化锌/氧化锌超声分散在100毫升去离子水中，用pH值为0.5的盐酸调节上述溶液pH值到4，在室温下超声搅拌6小时得到中空硫化锌粒子，将粒子抽滤洗涤后真空80℃干燥6小时得到最终产物。

掺杂中空硫化锌的制备：将一定量的氯化镉或氯化亚铜溶于一定量的氨水中，并稀释该溶液到100毫升，将一定量的中空硫化锌粒子加入到上述溶液中，保持锌离子和镉或亚铜离子的摩尔比为1:0.001～1，超声搅拌1小时得到镉或亚铜离子掺杂的中空硫化锌光催化剂。

本发明的具有可见光响应的光催化剂可用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。

在可见光辐射下降解亚甲基蓝的光催化活性测试具体方法和条件如下：

催化剂的光催化氧化活性是在自制的光催化反应器中进行。采用300W氙灯(λ>420nm)为辐射光源，反应液为250毫升10毫克/升的亚甲基蓝水溶液，催化剂加入量为1.0克。在剧烈的搅拌下每隔30分钟抽取少量反应液，在665nm处测定溶液吸光度。再根据亚甲基蓝的浓度～吸光度标准曲线确定溶液浓度。

具体实施方案

实施方案1

将1摩尔的纳米氧化锌溶于300毫升1摩尔/升的硫化钠溶液中，超声搅拌24小时后，收集沉淀，用去离子水洗涤多次，在80℃真空干燥6小时得到硫化锌/氧化锌沉淀。取5克硫化锌/氧化锌粒子分散在100毫升去离子水中，用pH值为0.5的稀盐酸调节体系pH值到4，室温超声搅拌6小时，得到中空硫化锌。将1毫摩尔的氯化镉溶于100毫升去离子水中，并加入5毫摩尔的氨水，常温超声搅拌0.5小时后，得到镉掺杂的中空硫化锌光催化剂。

实施方案2

将实施方案1中的氯化镉变为氯化亚铜，其它条件不变。

实施方案3

将实施方案1中的氯化镉变为10毫摩尔，其它条件不变。

实施方案4

将实施方案1中的氯化镉变为0.1摩尔，其它条件不变。

实施方案5

将实施方案1中的1毫摩尔氯化镉变为10毫摩尔氯化亚铜，其它条件不变。

实施方案6

将实施方案1中的1毫摩尔氯化镉变为0.1摩尔氯化亚铜，其它条件不变。

实施方案7

将实施方案1中的硫化钠浓度变为2摩尔/升，其它条件不变。

实施方案8

将实施方案1中的硫化钠浓度变为0.5摩尔/升，其它条件不变。

本发明所制得的光催化剂可负载于载体上，本发明不限于以上实施方案。

对实施方案中所得光催化剂进行了可见光照射下的光催化反应测试，具体结果如表1。

表1 掺杂中空硫化镉光催化剂的催化性能

 

        样品编号可见光辐射3h                亚甲基蓝降解率实施方案192％实施方案289％实施方案388％实施方案483％实施方案585％实施方案675％实施方案793％实施方案891％