[发明专利]一种光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种光催化剂及其制备方法与应用，其中，方法包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液和钛酸锶前驱体混合得到混合溶液，向混合溶液中加入Cd前驱体并加热，在加热过程中逐渐加入S前驱体，得到钛酸锶、石墨烯与CdS复合的三元复合光催化剂。本发明采用三元复合材料，实现了石墨烯的电子传输能力以及CdS和钛酸锶的异质结构在同一个材料中同时存在，与二元结构相比，极大地增加了光催化性能；本发明石墨烯的制备不使用任何还原剂，直接利用水热条件将褐色的氧化石墨烯还原为黑色的还原石墨烯；本发明采用一锅法制备三元结构，将钛酸锶和CdS的前驱体和氧化石墨烯混合均匀后放在反应釜中一步反应完成，节省时间和能源。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着经济和社会的不断发展，环境污染以及能源紧缺等问题越来越严重。光催化技术作为一种绿色有潜力的技术，在环境保护和太阳能转换等方面起着至关重要的作用。

半导体的光催化活性很强，它依赖于光催化剂中产生的电子和空穴的运输和分离效率。然而，自由载流子（自由电子和空穴）容易被各种随机缺陷困住或分散，从而导致电子和空穴复合的可能性增加。所以，如何增加电子和空穴的分离效率成为了提高光催化剂的性能的重点。

钛酸锶（SrTiO₃）由于其高活性、化学稳定性、无毒的特性被认为是最有效的光催化剂之一，但是由于其带隙能为3.2 eV，只能被紫外光激发，对太阳能的利用率低，且载流子的复合率高，极大地限制了其光催化性能。

石墨烯（rGO）作为sp²杂化二维平面结构的物质，因其具有比表面积大，电子传输速率高，热导率高，机械强度大，化学稳定性好等优点近年来受到了极大地关注，并被广泛应用于能源存储、电池材料、光电化学、催化等领域。

在光催化领域中，石墨烯的平面结构利于复合材料的构造，良好的界面接触以及其高电子传输速率可以有效提高载流子分离效率，使催化剂导带电子传输至石墨烯上实现电子的分离。因此，很多半导体催化剂都与石墨烯进行复合研究，如二氧化钛-石墨烯，氧化钨-石墨烯，硫化钼-石墨烯，氮化碳-石墨烯等，光催化活性都有所提高。但是，仅依靠石墨烯的电子传输作用提高载流子的分离效率十分有限。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光催化剂及其制备方法与应用，旨在提供一种三元复合材料。与钛酸锶-石墨烯和钛酸锶-CdS的二元结构相比，可极大地增加光催化性能。

本发明的技术方案如下：

一种光催化剂的制备方法，其中，包括如下步骤：

将氧化石墨烯溶液和钛酸锶前驱体混合得到混合溶液，向混合溶液中加入Cd前驱体并加热，在加热过程中逐渐加入S前驱体，得到钛酸锶、石墨烯与CdS复合的三元复合光催化剂。

有益效果：采用本发明的方法得到的三元复合光催化剂，硫化镉导带价带分别为-0.52 eV和1.88 eV，钛酸锶导带价带分别为-0.4 eV和2.8 eV，硫化镉与钛酸锶形成异质结结构，石墨烯作为电子的受体和导体，其费米能级为-0.08 eV，所以，电子的转移方向为硫化镉→钛酸锶→石墨烯，石墨烯具有很高的比表面积，有利于电子的转移，减小了电子与空穴复合的可能。所述三元复合光催化剂实现了石墨烯与硫化镉和钛酸锶形成的异质结构在同一个材料中同时存在，提高了载流子的分离效率，相比于现有的二元复合催化剂，催化性能得到明显提升。另外，本发明采用一锅法制备钛酸锶-石墨烯-硫化镉（SrTiO₃-graphene-硫化镉）三元结构的光催化剂，将钛酸锶的前驱体和硫化镉的前驱体和氧化石墨烯混合均匀后放在反应釜中一步反应完成，节省时间和能源。

附图说明

图1为本发明钛酸锶-石墨烯-硫化镉的能带图。

具体实施方式