[发明专利]一种碳化细菌纤维素-硫化镉复合光催化材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种碳化细菌纤维素‑硫化镉复合光催化材料及其制备方法和应用。所述光催化材料右下法制备：1）将木葡糖醋酸杆菌Gluconacetobacter xylinus接种在培养基A，动态培养96 h收集细菌纤维素产物，经洗涤干燥，再经真空冷冻干燥得到细菌纤维素气凝胶；2）将定量的硫脲和硫化镉溶解于超纯水中，加入适量的细菌纤维素气凝胶，高温高压下进行水热反应；3）将细菌纤维素‑硫化镉复合产物在管式炉中经高温煅烧，获得碳化细菌纤维素‑硫化镉复合光催化材料。本发明制备方法具有操作简单，成本低廉等优点。所得碳化细菌纤维素‑硫化镉复合光催化材料可作为催化剂在光催化裂解水产氢中的应用。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维-硫化镉复合光催化材料及其制备方法和用途。

背景技术

二十一世纪以来，随着科学技术的飞速发展，生产力显著提高为人类创造出了巨大的财富。人们在利用科技创造财富的同时，也带了能源过度消耗、生态环境破坏严重等一系列难题。面对这一情况，使用半导体和可再生太阳能的非均相光催化技术被认为是减轻甚至解决世界能源供应危机和环境污染的最有希望的过程之一。水裂解光催化制氢技术，因其环境友好、可再生重复利用等优点，得到了大量科研人员的青睐。氢能作为可再生能源的一种，呈现出良好的发展势头。

光催化裂解水产氢技术的核心是光催化剂。其中，CdS由于其优异的可见光响应，窄带隙和可控形态而特别受关注，其带隙宽度为2.4 eV，能有效的利用可见光水解制氢。但由于在硫化镉在光催化反应过程中，其光腐蚀效应限制了其在光催化水解制氢领域的发展。在硫化镉光催化材料的研究中，研究人员采取多种措施来解决上述问题。例如，在硫化镉可见光催化反应体系中添加牺牲剂如乳酸甲醇等，使其与光生空穴反应减少空穴数量，抑制空穴氧化反应的发生。在硫化镉颗粒表面搭载贵金属助催化剂，也能够加速光生电子与空穴的分离，促进制氢反应的发生。硫化镉与石墨烯及其衍生物的结合，碳材料因其良好的导电性，作为光生电子传输的桥梁大大降低了光生电子和空穴的结合从而降低了光腐蚀效应对光催化剂的影响。此外，硫化镉与其他化合物复合也能促进制氢反应的发生。

碳材料以低价易得、高比表面积、良好的导电性以及优异的化学稳定性等优点，常作为催化剂载体而被应用到光催化领域。碳材料的比表面积、孔径分布以及孔结构是影响其光化学性能的重要因素。常用见的碳材料主要有: 活性炭、碳纳米管、碳量子点和石墨烯等。在光催化领域中，碳材料不仅能提高传统半导体催化剂的比表面积，也因其导电性而作为光电子接受与传输的桥梁，可以显著提高光催化剂的催化性能。

细菌纤维素是一种天然分子材料，其由纳米级别纤维构成的独特的三维网状结构可用作生物支架、碳支架等，并因“纳米效应”而具有高吸水性和高保水性、对液体和气体的高透过率、高湿态强度、尤其在湿态下可原位加工成型等特性。高纯度和优异的性能使细菌纤维素纤维可在特殊领域广泛应用。目前国内外对细菌纤维素及其衍生材料的研究工作已深入到对细菌纤维素的改性、修饰和制备其复合材料，结合细菌纤维素的结构和性能特点，制备出性能各异的细菌纤维素衍生物和细菌纤维素基复合材料，但各方面的研究还处于起步阶段，还需对其进行更深层次的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种可以简单快速的生产碳纤维-硫化镉复合光催化材料的制备方法以及制得的复合光催化材料和其应用。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种利用碳化细菌纤维素-硫化镉复合光催化材料的制备方法。具体步骤如下：

1）：细菌纤维素气凝胶的获得：将保存在冷冻干燥管的木葡糖醋酸杆菌Gluconacetobacter xylinus在基础培养基A中活化，待Gluconacetobacter xylinus动态培养96h后，将所得产物收集，先后用蒸馏水和0.5M氢氧化溶液洗涤，然后用蒸馏水洗至中性，最后经冷冻干燥后收集产物。