[发明专利]串型结构ZnS@CdS-Te光催化剂的合成方法

说明书

本发明公开了一种串型结构ZnS@CdS‑Te光催化剂的合成方法，属于化工行业技术领域。采用二乙基二硫代氨基甲酸酯碲(IV)(TDEC)、二乙基二硫代氨基甲酸酯镉(II)(CED)和乙酸锌(Zn(CH₃COO)₂)三种化学试剂原料混合放入乙二醇中超声均匀，再加入去离子水中搅拌均匀，通过微波反应器微波辐射反应后，再通过去离子水和无水乙醇分别反复洗涤后，再经过烘干得到最终产物ZnS@CdS‑Te复合光催化剂。对其表面形貌、微观结构、光催化活性进行了测定，产品性能在降解有机污染物孔雀石绿和光解水制氢的光催化方面有很大提高。采用微波辅助一步合成方法，具有反应时间短、生成的产物均匀、生产过程简洁实用等特点，试样和批量生产性能稳定可靠。

技术领域

本发明涉及一种串型结构ZnS@CdS-Te光催化剂的合成方法，属于化工行业技术领域。

背景技术

全球能源消耗和相关环境问题的快速增长已经引发了人们对可再生和清洁能源的迫切需求。氢燃料是一种安全，可持续和环境相容的能源，而水分解是生产氢燃料的非常有希望的方法之一。目前，许多半导体光催化剂已经应用于光解水制氢中，但是它们又有各自的缺点从而限制了其在实际中的应用。近年来，金属硫化物半导体纳米材料因其独特的光学和电学性质而备受关注，并且金属硫化物CdS和ZnS等由于其合适的带隙和催化功能而在光催化中得到了研究。硫化镉(CdS)作为一个典型的Ⅱ-Ⅳ型半导体纳米结构可以进行可见光催化剂降解，同时CdS也是用于光解水制氢最有希望的材料之一，因为其在可见光下具有高活性，窄带隙(Eg = 2.4 eV)和用于将质子还原成H₂的充分的负带边电位。ZnS是众所周知的光催化剂，其通过光激发可快速产生电子-空穴对以及激发电子的高负电位，即使没有贵金属助催化剂的任何帮助，对于光解水制氢其仍然可以显示出高活性。碲是一种稀有分散元素，在地壳中的含量极低。由于碲、碲的化合物及其合金有着特殊的性质，使得人们对碲的研究日益增加。

发明内容

本发明利用微波辅助水热法合成了ZnS@CdS-Te，一方面利用微波辐射来对合成样品的物理性质以及光催化性能产生影响；另一方面，由于 Te成分具有独特的化学和物理性质，大部分Te在室温下显示其金属行为。Te 与CdS的组合可促进光生电子和空穴的分离，从而提高CdS的光催化活性和耐光性。更重要的是，Te可以用作自我牺牲模板，形成一系列新的异质结构，同时保留形态。合成中复合ZnS是因为其为具有立方纤锌矿结构的宽带隙能半导体材料，而Eg=3.7~3.8的宽频带隙的半导体ZnS与CdS的耦合已经被证明是一个非常有效的方法，可以抑制CdS的光腐蚀和提高光生载流子的分离效率，并能增强CdS在可见区的吸收，所以ZnS与CdS的复合可进一步提高光解水制氢的能力。因此，我们在研究中通过微波辐射作用，将ZnS和CdS复合到材料中，在光催化反应过程中利用它们导带上电子的传输，从而有效减少光生电子与空穴对的重组，提高光催化效率和量子产率。再者，Te属于p型半导体，而CdS和ZnS属于n型半导体，因此在界面处形成了p-n异质结。该发明通过p-n异质结结构的建立增强了ZnS@CdS-Te光催化活性和光解水制氢能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：串型结构ZnS@CdS-Te复合光催化剂的合成方法，称取二乙基二硫代氨基甲酸酯碲(IV)(TDEC)，质量为0.0497±0.001g、二乙基二硫代氨基甲酸酯镉(II) (CED)，质量为0.0249±0.001g、乙酸锌(Zn(CH₃COO)₂)，质量为0.0134±0.001g。将上述化学试剂原料混合放入9 mL乙二醇中，超声5 min后，再加入21 ml去离子水，充分搅拌后倒入100 mL聚四氟乙烯内衬的微波反应器中，设定微波水热反应温度为160±2℃，反应时间为80±3 min。微波辐射反应结束后，将生成的灰绿色沉淀物用去离子水和无水乙醇分别反复洗涤4－5次。将沉淀物放入烘干箱，设定烘干温度60±2℃，干燥时间12 ＋0.1h，取出得到最终产物串型结构ZnS@CdS-Te复合光催化剂。