[发明专利]一种水溶性锌镉硫量子点光催化剂及室温制备方法

说明书

本发明涉及一种水溶性锌镉硫量子点光催化剂及制备方法，属于水溶性量子点光催化剂的技术领域。所述水溶性锌镉硫量子点光催化剂为粉末状微颗粒，微颗粒的尺寸为2‑5纳米，其中中阳离子（锌与镉）与阴离子（硫）的摩尔比为1:1；具有半导体量子点的特性，在紫外光照射下发射可见光；在光照条件下实现光催化降解罗丹明B和甲基橙。制备操作步骤：将锌源、镉源、巯基化合物与水混合，加入氢氧化钠或氢氧化钾直至溶液澄清，再加入硫化钠，之后使用3‑巯基丙酸调节pH值，在室温下搅拌，得到水溶性量子点光催化剂。使用1毫克所述光催化剂光催化降解1毫克罗丹明或甲基橙，10分钟内最高降解效率可达99%。本发明制备方法可在室温下快速合成，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于水溶性量子点光催化剂的技术领域，具体涉及一种水溶性锌镉硫量子点光催化剂及室温制备方法。

背景技术

每年全世界有大量污水排入河流造成水污染，其中罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝等人造偶氮类有机染料的自然降解速度十分缓慢且具有生物累积性，严重威胁着人类及后代的健康，水污染治理迫在眉捷。光催化降解利用太阳光激发半导体产生电子、空穴，在半导体表面将有机污染物氧化成H₂O和CO₂等无机物，与生物和物理去除技术相比，能更有效的降解工业废水中的有机染料。受传输路径距离影响，粒径范围在纳米尺寸的单分散量子点光催化剂活性明显强于体相材料，因此制备量子点光催化材料可以有效提高光催化活性。硫化镉等量子点已经作为光催化剂被人报道，但是较窄的带隙使其产生的光生电子-空穴对非常容易复合，不利于光催化降解。锌镉硫量子点是一类II-VI族过渡金属硫化物，兼具了硫化锌和硫化镉的优点，其带隙可以在3.5 eV-2.4 eV之间任意调节，且具备较强的抗腐蚀能力，在光降解领域具备很大的应用前景。

目前绝大多数锌镉硫量子点的制备过程均需在反应釜、三口瓶等容器内加热进行，受到诸多制约，如反应容器容量小（数毫升至数十毫升），反应温度高（通常160℃以上），反应时间较长（数小时至数十个小时）。虽然理论上降解有机染料的过程中光催化剂不会发生消耗，但是工业废水处理量巨大、浓度较高，目前的制备方法规模较小，无法宏量制备，难以实现光催化降解有机污染物的实际应用。鉴于此，发展一种可室温快速宏量制备、光催化降解效率高的水溶性锌镉硫量子点光催化剂是非常必要的。

发明内容

为了解决现有锌镉硫量子点光催化剂制备过程反应容器容量小、反应温度高、反应时间较长的问题，本发明提供一种水溶性锌镉硫量子点光催化剂及制备方法。

一种水溶性锌镉硫量子点光催化剂，所述水溶性锌镉硫量子点光催化剂中阳离子与阴离子的摩尔比为1:1；所述阳离子为锌离子和镉离子，锌离子和镉离子的摩尔比为1：16-16:1；所述阴离子为硫离子；

所述水溶性锌镉硫量子点光催化剂溶于水，为粉末状微颗粒，微颗粒的尺寸为2-5纳米；具有半导体量子点的特性，在紫外光照射下发射可见光；在光照条件下实现光催化降解罗丹明B和甲基橙。

一种水溶性锌镉硫量子点光催化剂的制备操作步骤如下：

（1）制备前体溶液

按摩尔比为1：16-16：1将锌源、镉源加入水中，加入巯基化合物，巯基化合物的加入量为锌源和镉源总摩尔量的四倍；再加入氢氧化钠或氢氧化钾直至溶液澄清，形成前体溶液；

（2）制备水溶性锌镉硫量子点光催化剂

在前体溶液中加入硫化钠，硫化钠的加入量为锌源和镉源总摩尔量的1-10倍；用3-巯基丙酸调节溶液的pH值至3-10，在室温下搅拌15分钟-30分钟，得到水溶性锌镉硫量子点光催化剂。

进一步地具体技术方案如下：

步骤（1）中，所述锌源为氯化锌或乙酸锌或硝酸锌中的一种。

步骤（1）中，所述镉源为氯化镉或乙酸镉或硝酸镉中的一种。

步骤（1）中，所述巯基化合物为3-巯基丙酸或硫代乙醇酸或硫代乙醇酸铵中的一种或几种。