[发明专利]磷酸铋-硫化镉纳米棒复合可见光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种磷酸铋‑硫化镉纳米棒复合可见光催化剂的制备方法，包括硫化镉纳米棒光催化剂的制备；以及磷酸铋‑硫化镉纳米棒复合光催化剂的制备。该制备方法简单、成本较低、操作简便，且制备条件容易获得和控制，所制备的磷酸铋‑硫化镉纳米棒复合可见光催化剂为绿色无污染高性能催化剂，且光催化活性高，降解时间短效果好，具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化无机纳米材料技术领域，涉及一种磷酸铋-硫化镉纳米棒复合可见光催化剂的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，能源和环境危机已经成为人类面临的最重要的问题。自从1972年Fujishima和Honda在二氧化钛电极上成功实现了光催化分解水产氢以来，利用半导体光催化技术将太阳能转化为化学能成为近年来的研究热点。半导体光催化材料还直接以太阳光为驱动力，产生一些强氧化性的活性自由基，可以深度氧化分解各种有机污染物，还原重金属有毒离子以及在抗菌、杀毒等多方面都有着广泛的应用。因此，与传统的化学污染处理方法相比，半导体光催化技术具有反应速度快、条件温和、无二次污染、可直接利用太阳光等优越性能，可视为一种理想的环境污染治理技术，并显示出巨大的应用前景。

硫化镉是性能良好的半导体，其禁带宽度仅为2.4eV，相应的本征光吸收带边为517nm，可以有效利用可见光以及太阳光。作为一种重要的半导体材料，硫化镉已经被运用于各种不同的领域，如光电学、太阳能电池、化学传感器和光催化剂等。作为光催化材料来说，硫化镉半导体的能带结构可以完美的匹配目前多种主流光催化反应的热力学要求，如水分解产氢，CO₂还原及降解有机污染物等。目前硫化镉光催化剂自身还是存在纳米颗粒易团聚、光生电子-空穴的复合率高、易发生光腐蚀等缺陷，严重限制着其实际应用。

将硫化镉与其它半导体进行耦合形成异质结，可以优化硫化镉的光化学和光物理性质。形成异质结后，不仅可以消除自身的不足，还能够发挥两个半导体之间的协同作用，使光生载流子的寿命大幅度延长，从而使光催化剂的活性得到很大程度的提高。

近年来，纳米磷酸盐因具有特殊的结构特性及高化学稳定性，使其在光学材料、生物材料和催化材料等方面有着不可比拟的优势。磷酸铋是一类具有非金属含氧酸盐结构的新型光催化材料，具有光催化活性高、稳定性高及纳米结构等特点，而且磷酸盐等酸根离子结构稳定，电子传输速度快，电子-空穴复合率低，不易发生光腐蚀。但磷酸铋的禁带宽度太大(3.85eV)，只能对等于或小于322nm的紫外光有响应，而这部分紫外光仅占太阳光谱的4％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种制备磷酸铋-硫化镉纳米棒复合可见光催化剂的制备方法。主要采用原位沉淀法制备磷酸铋/硫化镉纳米棒复合可见光催化剂，这种催化剂可应用于光催化降解有机物技术中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：磷酸铋-硫化镉纳米棒复合可见光催化剂的制备方法，其具体步骤如下：

(1)硫化镉纳米棒的制备：将镉盐和硫脲同时加入乙二胺中，搅拌使其完全溶解，混合溶液转至水热反应釜中，140～180℃反应22～28h，冷却，抽滤，洗涤，烘干；

(2)磷酸铋-硫化镉纳米棒复合光催化剂的制备：将步骤(1)制备的硫化镉纳米棒加入乙二醇中，超声分散均匀；然后分别将铋盐和磷酸盐加入上述溶液中，搅拌1～2h，将混合溶液转至水热反应釜中，140～180℃反应14～20h，冷却，离心，洗涤，烘干，即得产品。

优选步骤(1)中所述的镉盐和硫脲的摩尔比为1：(2.5～3.5)。

优选步骤(1)中所述的镉盐为硝酸镉、氯化镉或醋酸镉的一种。

优选步骤(2)中所述的硫化镉的加入量为控制产品中磷酸铋和硫化镉的质量比为1.6～2.0：1；铋盐和磷酸盐加入量为控制铋离子和磷酸根离子的摩尔比为1：1。