[发明专利]一种CdS-Aux光催化剂的制备方法

说明书

本申请提出一种制备CdS‑Au_x光催化剂的方法，包括如下步骤：(1)硫源溶液和镉源溶液以水热合成法制得CdS纳米晶粒；(2)金源溶液中加入巯基配合物，制得金纳米团簇分散液；(3)CdS纳米晶粒超声分散制得悬浊液，并加入金纳米团簇分散液，通过纳米自组装将所述金纳米团簇结合到CdS上，即得CdS‑Au_x复合催化剂。与现有技术相比，本发明具有以下优点：能够提高CdS的光催化活性，可有效抑制CdS的光腐蚀，可以同时提高CdS的光催化活性和光稳定性；纯液相湿法合成，制备工艺简单，反应条件温和，能耗低、易于规模化推广应用。

技术领域

本发明涉及光催化材料制备技术领域，具体涉及一种CdS-Au_x光催化剂的制备方法。

背景技术

CdS是一种良好的窄带半导体(2.4eV)，对可见光有优异的光电转化性能，被广泛用于光敏材料、光催化剂和太阳能电池等光电领域。但CdS光稳定性差，在光激发下容易发生自腐蚀，极大降低了光电转化的效率，大大限制了它的应用。此外，因光腐蚀将部分光生电荷用于氧化或还原半导体自身，降低了光生电荷的利用效率，并且破坏了半导体的本体结构，向水体或空气中引入有毒的重金属离子 (Cd²⁺)、硫氧化物和氮氧化物等污染物，带来二次污染。因此如何有效的抑制半导体的光腐蚀，是一个非常重要的研究课题。

研究者对半导体光腐蚀抑制也进行了很多研究，主要是通过添加牺牲剂，用光稳定的材料涂层或包覆光腐蚀半导体。添加牺牲剂并没有从本质上抑制催化剂的光腐蚀，而是利用牺牲剂优先地消除光生电子或空穴，使半导体本身得到保护。该方法成本高，易引入二次污染，使其实际应用价值大大受限[Chem.Rev.,2010,110,6503-6570]。除此之外，抑制光腐蚀主要的思路是用薄层稳定的半导体或惰性材料对光腐蚀半导体进行包覆，避免其与反应物或氧源直接接触，从而抑制其光腐蚀。CN 104923261A(专利申请号201510246053.6)提出了一种用原子层沉积技术在CdS表面包覆的保护层(如：TiO₂、 ZnO、Al₂O₃、AZO等)，可延长CdS的光催化寿命。CN 103920504A(专利申请号201410157431.9)提出了一种用TiO₂包裹CdS形成树枝形中空CdS@TiO₂，可使CdS具有良好的稳定性，有效避免了CdS产生的光腐蚀现象。CN 103979523B(专利申请号201410174513.4)将CdS 填充到碳纳米管中，可提高其活性和光稳定性。但是这些方法操作难度大，很难做到完全无孔的包覆，并且包覆层容易过厚，降低半导体的光吸收和电荷传输效率，减弱了半导体的光催化性能。而半导体光腐蚀是因其受光激发产生的电子或空穴将自身氧化或还原所致，若及时地将光生电子和空穴从半导体上转移可从根本上抑制其光腐蚀。朱永法等用聚苯胺[J.Phys.Chem.C 2010,114,5822–5826]和C₃N₄ [Energy Environ.Sci.,2011,4,2922–2929]与CdS复合，CdS 上的光生空穴转移到聚苯胺和C₃N₄上，从而有效抑制了它们因空穴氧化所致的光腐蚀。因而快速地转移光腐蚀半导体上的光生电荷是一条抑制其光腐蚀的有效途径。