[发明专利]高效C3N4-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高效C₃N₄-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法。

背景技术

近年来，由于全球能源紧张等问题日益严重，光催化材料在光催化分解水制氢方面具有广阔的应用前景。众所周知，CdS是其中最重要的一种半导体光催化材料，其禁带宽度约为2.4eV，能够响应可见光；CdS在可见光激发后，产生的光生电子转移到材料表面，并具有较强的还原能力(-0.51V,vs.SHE)，能够顺利还原水中游离的氢离子来产生氢气，因此，在解决能源问题上，可以发挥良好的作用。然而，由于单组分CdS的量子效率低，光生电子与空穴容易复合，大大限制了其光催化性能的效率。许多研究者通过不同的处理方式来提升CdS的制氢性能以及稳定性，如助剂修饰、半导体耦合、贵金属表面沉积等。在上述各种方法中，发展简单、高效、廉价的CdS半导体耦合材料被认为是在实际应用中最具应用潜力的方法之一。

根据半导体性质不同，耦合半导体可分为无机半导体和有机半导体。其中，有机半导体(C₃N₄)具有合成简单、价格低廉、化学性质稳定、响应可见光等特点而受到广泛关注。同时，C₃N₄与CdS有着较匹配的能带结构，且同时易于吸收可见光。当上述两者进行表面耦合时，各自半导体经光激发后产生的光生电子和空穴能够在内电场的作用下通过两者间的界面，顺利地迁移到相应的材料表面，使得光生电子与空穴的复合几率大大减少，从而显著提升制氢性能。然而，当前C₃N₄与CdS的结合方法主要是通过超声分散固体C₃N₄，使C₃N₄固体转变成较小的片状并以物理吸附作用沉积在CdS表面。上述方法明显存在C₃N₄与CdS间相互作用力弱、C₃N₄在CdS表面分布不均匀、和C₃N₄粒子大小极不均匀的现象，进而导致其光催化产氢性能的提升十分有限。因此，如何把廉价C₃N₄有机半导体通过一种简单的方式均匀沉积在CdS表面，同时保证C₃N₄与CdS间具有较强的结合力，这对于进一步提升CdS光催化材料的制氢性能和发展高效光催化材料具有重要意义。但据我们所知，目前还没有关于利用简单、高效的原位转变法来合成表面均匀负载C₃N₄的CdS光催化材料，以提高CdS光催化活性的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提出一种高效C₃N₄修饰CdS光催化材料的简易原位转变制备方法，以获得表面均匀负载C₃N₄的CdS光催化材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：高效C₃N₄-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将三聚氰胺分散于去离子水中，形成均匀溶液，其中三聚氰胺浓度为0.0001-0.1g/mL；

2)将0.2g硫化镉粉末均匀分散到步骤1)配置的9mL三聚氰胺溶液中，于30-100℃恒温水浴中充分搅拌0.5-5h，使三聚氰胺均匀吸附于硫化镉粉末表面；

3)将步骤2)所得的表面均匀吸附三聚氰胺的硫化镉悬浮液转移至鼓风干燥箱中于30-100℃恒温干燥，使水分完全蒸发并最终获得三聚氰胺修饰的硫化镉粉体；

4)将步骤3)得到的表面均匀负载三聚氰胺的硫化镉粉体置于管式炉中，在氮气气氛下于250-850℃煅烧0.1-5h，即获得高效C₃N₄-CdS复合光催化材料。

按上述方案，步骤1)所述的三聚氰胺浓度为0.0005-0.05g/mL。

按上述方案，步骤2)所述的水浴温度为60-100℃，搅拌时间为1-2h。

按上述方案，步骤3)所述的干燥温度为80-100℃。

按上述方案，步骤4)所述的煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为0.5-2h。