[发明专利]一种带有表面配体的CdSe/CdS核壳结构光催化剂及其制备方法和应用

说明书

发明公开了一种带有表面配体的CdSe/CdS核壳结构光催化剂及其制备方法和应用，属于复合纳米功能材料技术领域，针对量子点纳米复合材料其粒子处于纳米级，尺寸小，粒子容易团聚，形成不规则的团聚体，这限制了其光催化性能的问题，本发明提出了一种带有表面配体的CdSe/CdS核壳结构光催化剂，由直径3.9nm的CdSe颗粒为核，表面生长六层，形成粒径平均大小为10nm的CdSe/CdS核壳量子点，表面通过配体修饰得到，本发明中所使用的配体为油胺、S^2‑离子或聚丙烯酸聚合物。配体能够降低电子‑空穴复合率，提高空穴利用率，从而提高光催化活性，并用这种材料为基底制备了还原石墨烯。

技术领域

本发明属于复合纳米功能材料技术领域。

背景技术

1972年，光催化现象由日本科学家Honda首次发现。自从光催化现象发现以来，光催化受到了科学工作者们的极大的关注。在过去的几十年里，光催化被认为是降解污染物和释放氢气的一种可持续和环保的方法。这种人工光化学过程有可能解决许多严重的环境和能源挑战，这些挑战正受到越来越多的全球关注。到目前为止，一种新型可见光催化剂的开发和设计已经引起了极大的关注。该光催化剂具有光催化效率高、经济效益巨大、对环境无毒、无不良副产物的特点，可以充分利用其优异的光催化能力。

量子点(QDs)是半导体粒子，由于众所周知的量子限域效应和多重激子的可能性，它具有独特的物理和化学性质。量子点由于其独特的光收集和电荷分离特性，最近被证明是光催化的一个有潜力的材料。为了吸收可见光并产生电子-空穴对，窄带隙敏化材料可以用作光催化材料。多相半导体纳米晶体如CdS/CdSe、CdSe/CdS、PbS/CdS和CdSe/ZnS核壳量子点被报道为光催化活性基底。在各种异质半导体纳米晶体中，CdSe/CdS由于其减少的电荷复合和改进的电荷分离行为而最终提高了光催化活性。量子点的表面配体会显著影响半导体纳米晶的光电、光致发光和电荷传输特性，配体的化学修饰会对半导体纳米晶的可能光催化行为产生显著影响。纳米复合材料其粒子处于纳米级，尺寸小，粒子容易团聚，形成不规则的团聚体，这限制了其光催化性能，很难在理论上设计高性能的催化剂。

发明内容

本发明的目的提供一种高的催化性能的活性材料及其制备方法，该活性基底具有制备简单、操作易行、样品稳定性好等特点。

本发明中带有表面配体的CdSe/CdS核壳结构光催化剂由直径3.9nm的CdSe颗粒为核，表面生长六层，形成粒径平均大小为10nm的CdSe/CdS核壳量子点，表面通过配体修饰得到，配体为油胺、S^2-离子或聚丙烯酸聚合物。

该材料的具体制备步骤如下：

一、制备油胺修饰的CdSe/CdS核壳量子点，具体步骤如下：

1)、将1.2-1.7g十八胺(ODA)和3-6mL十八烯ODE加入50mL反应容器中。

2)、加入分散在正己烷中的CdSe纳米颗粒(直径3.9nm，2.9×10^-7mol)，将反应体系加热至90～100℃，保持30～40min，然后将容器抽真空30～40min，以去除正己烷和其他的低蒸汽压杂质。

3)、在氩气流下将反应体系加热至200～260℃，在此条件下进行壳生长，向反应体系中分六次交替加入镉溶液和硫溶液；氧化镉的油酸溶液，硫溶液为单质硫的十八烯溶液；镉溶液和硫溶液的浓度均为0.15～0.3mol/L；镉溶液和硫溶液的加入时间间隔为5～15min；

4)、最后一次滴加完成后，溶液在250～280℃下继续保持30～40min，最后冷却至室温，在CdSe核表面生长出6层CdS壳；为了纯化，通过连续甲醇萃取除去未反应的化合物和副产物，直到甲醇相澄清；除去溶剂后得到油胺(OA)修饰的CdSe/CdS核壳量子点，获得分散在溶剂中。

二、制备聚丙烯酸聚合物(PAA)修饰的CdSe/CdS核壳量子点，具体步骤如下：