[发明专利]一种硫化镉纳米花、制备及其应用

说明书

本发明公开了一种硫化镉纳米花，其特征在于，由若干硫化镉纳米片相互聚集，自组装成花状球团。此外，本发明还公开了所述的硫化镉纳米花的制备方法，镉源与硫脲分散和/或溶解在二乙烯三胺/乙醇的混合溶液中，随后进行溶剂热反应，固液分离、洗涤、冷冻干燥得所述的硫化镉纳米花。本发明所述的花状硫化镉有着高(002)面晶面取向，并拥有优良的产氢性能。

技术领域

本发明属于可见光催化制氢新能源领域，具体涉及一种混合溶剂热法制备的花状硫化镉可见光催化剂，及其在可见光下催化分解水产氢的应用。

背景技术

随着能源危机的逐渐逼近，光催化产氢越来越受到研究人员的重视。具有一定禁带宽度的材料，光照后会激发光生电子和空穴，若空穴电子分离转移至表面后，易发生相应的氧化还原反应，从而达到分解水产生氢气和氧气的效果。其中氢气是一种清洁且热值极高的能源，若能实现大规模低能耗生产，则可成为未来解决能源危机的重要砝码。

硫化镉是一类重要的半导体材料，禁带宽度约为2.42eV，是光催化领域及其重要的材料之一。可与多种材料复合，提高产氢效率。为了进一步加强其自身的性能，我们设法探究不同形貌和晶面取向程度对其产氢性能的影响。

公开号为CN103723760A的中国专利文献公开了一种新型硫化镉光催化剂，所述光催化剂由硫化镉微米球组成；所述硫化镉微米球的球径大小为5～15μm；所述硫化镉微米球表面表面具有小孔，该小孔延伸至球心处。所述的制备方法为在水、乙二胺四乙酸的溶液下，在四水合硝酸镉与硫脲在175～185℃下水热反应得到。该技术方案制得的纳米颗粒分散性差，较易团聚，比表面积小。

发明内容

本发明第一目的在于，提供一种具有花状结构的硫化镉纳米花(本发明也称为花状硫化镉)。

本发明的第二目的在于，提供一种所述的硫化镉纳米花的溶剂热的制备方法。

本发明的第三目的在于，提供一种所述的硫化镉纳米花的溶剂热的应用方法。

一种硫化镉纳米花，由若干硫化镉纳米片相互聚集，自组装成花状球团。

本发明所述的花状硫化镉，由片层状结构自组装成的花状结构，较易于与其他催化剂形成牢固的异质结，有助于进一步提升催化性能。

作为优选，所述的花状硫化镉的尺寸为200nm～2μm，比表面积为65.33～92.36m²/g。

作为优选，所述的硫化镉纳米花具有高(002)晶面取向性，纤锌矿硫化镉中的(002)面相对于其他晶面具有最高的晶面能。本发明所述的花状硫化镉具有比网状硫化镉具有更强的(002)面晶面取向(如表1所示，相同条件下花状硫化镉中(002)晶面含量更高)。有利于进一步提升材料的性能，例如，提升材料的产氢性能。

为制备所述的硫化镉纳米花，本发明人尝试了大量方法，通过大量研究后发现，采用硫脲作为硫源，再配合本发明所述的独特的二乙烯三胺/乙醇的混合溶剂体系下，配合所述的溶剂热反应温度，方能制得具有花状结构的硫化镉；具体方案如下：

一种所述的硫化镉纳米花的制备方法，镉源与硫脲溶解在二乙烯三胺/乙醇的混合溶液中，随后进行溶剂热反应，固液分离、洗涤、冷冻干燥得所述的硫化镉纳米花。

在二乙烯三胺和乙醇的混合溶液体系下，可制得具有花状结构的硫化镉。研究还发现，合适的二乙烯三胺和乙醇的体积比，有助于进一步提升制得的硫化镉纳米花的性能。

作为优选，二乙烯三胺与乙醇的体积比为5:1～1:5。

进一步优选，二乙烯三胺与乙醇的体积比2:1～1:2；最优选为2:1。在该优选的体积比下，制得的硫化镉纳米花的性能最优。

研究表明，采用硫脲可制得所述的花状硫化镉，采用其他本领域常用的硫源难于制得所述形貌的硫化镉纳米花。