[发明专利]一种硫化镉量子点-硅胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了光催化剂制备技术领域中的一种硫化镉量子点‑硅胶复合材料的制备方法，结合连续离子吸附法和球磨法成功在硅胶的表面形成CdS QDs，在该复合材料中，硅胶作为载体，将硅胶作为载体，其表面富含‑OH与Cdsupgt;2+/supgt;、Rhsupgt;2+/supgt;等金属离子具有亲和性，能够有效吸附Cdsupgt;2+/supgt;促进CdS QDs的生成并促进光催化剂与Rh络合物之间能量的传递，提升光催化NADH的再生性能。并且通过球磨的机械力使CdS QDs均匀分散并嵌入硅胶的表面，获得了高光敏性的CdS QDs‑S复合材料，其光敏性是纯CdS的31倍，硅胶作为屏蔽剂改善了CdS QDs受到光腐蚀的问题，提升了CdS QDs‑S复合材料的回收循环性能。

技术领域

本发明涉及光催化剂制备技术领域，具体涉及一种硫化镉量子点-硅胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

生物酶催化因其立体选择性高、反应条件温和以及副产物少等优点而广泛应用于化工和制药行业。其中，氧化还原酶是应用较为广泛的一类酶，约占所有已知酶的四分之一。然而，大多数的氧化还原酶在催化过程中都需要辅酶/辅因子NAD(P)H参与提供氢和电子，辅酶也因其按计量比消耗(即每催化一分子底物都需要消耗一分子的辅酶)、外加成本高，限制了氧化还原酶的应用，所以构建高效的辅酶再生系统对推进酶促加氢过程尤为重要。目前已报道的辅酶再生方法主要为酶法、化学法、电化学法、光化学法。在这些方法中，光化学法因其使用清洁、可再生的光能源，具有反应温和，路径可设计，机制易解析的特点，使光催化在辅助因子再生方面显示出独特的潜力。

光催化NADH辅酶再生的驱动机制受光合作用的启发，光催化剂在吸收光后产生光生电子-空穴对，电子被激发到导带上，从光催化剂基质迁移到表面，光催化剂表面的电子经Rh络合物的转运，将两个电子和自身的一个质子转移到NAD+上，NAD+生成NADH。而在价带上留下的空穴在一定程度上还会与电子发生复合，为了抑制电子-空穴的复合，加入电子供体(三乙醇胺、乙二胺四乙酸二钠等)与空穴进行中和。光催化辅酶NADH再生的关键在于高性能的光催化剂，即高光敏性、可见光响应范围广，并使光生载流子定向传递，降低光生电子与空穴的复合率。CdS由于其强大的可见光吸收能力、合适的带隙(～2.4eV)和更负的导带边缘在光催化领域得到了广泛的应用。然而，在所有已报道的工作中，CdS光催化材料仍存在两个固有问题：(1)光生电子和空穴的复合；(2)光腐蚀问题，即CdS中的S^2-极易被光生空穴氧化，伴随着有毒镉离子Cd²⁺的浸出，这使得CdS非常不稳定，不利于循环使用和大规模应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计一种具有高光敏性和抗光腐蚀性能的硫化镉量子点-硅胶复合材料(CdS QDs-S)，并将其应用于光催化NADH的高效再生。

本发明的目的之一是提供一种高光敏性和抗光腐蚀性的硫化镉量子点-硅胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：将硅胶置于球磨罐中，用球磨的方式首先吸附含Cd溶液中的Cd²⁺，再吸附硫化盐溶液中的S^2-，在硅胶表面形成CdS QDs，将其进行冷冻干燥，获得以硅胶为载体的CdS QDs材料。

作为本发明制备方法的优选实施方式，在上述制备步骤中，含Cd溶液包括CdSO₄溶液、CdCl₂溶液或Cd(CH₃COO)₂·2H₂O溶液中的一种。优选为CdSO₄溶液。

作为本发明制备方法的优选实施方式，在上述制备步骤中，硫化盐溶液包括Na₂S溶液、CH₄N₂S溶液或C₂H₅NS溶液中的一种。优选为Na₂S溶液。