[发明专利]一种层状硫化镉/单胺杂化材料的制备方法及其光催化醇重整制氢的应用

说明书

本发明公开了一种层状硫化镉/单胺杂化材料的制备方法及其光催化醇重整制氢的应用。本发明通过溶剂热方法可控制备出层状硫化镉/单胺杂化材料。该杂化材料具有独特的无机/有机夹层结构，层板上下有序排列的有机单胺分子层可以在乙醇体系中快速富集，实现高效分散，从而有利于乙醇分子进入层间，接近[CdS]无机层板，从而引发光催化反应。硫化镉/单胺杂化材料的含量为50mg时，在乙醇体系中达到的最高光催化制氢量为10231.5μmol·g^‑1，比无机物CdS的256.1μmol·g^‑1高40倍，表现出良好的光催化活性、稳定性和可重复使用性。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，特别涉及一种层状硫化镉/单胺杂化材料的制备方法及其光催化醇重整制氢的应用。

背景技术

环境污染和能源短缺是21世纪人类面临和亟待解决的重大问题，光催化技术因其直接利用太阳能作为光源来驱动反应的独特优势，成为一种理想的能源生产技术。氢能作为一种高效、清洁的二次能源，可以最大限度地减少人类对化石燃料的依赖，从而促进全球经济和减少环境污染。光催化醇重整制氢是一种清洁的、可持续发展的绿色制氢技术，乙醇具有无毒、易储运、单位密度能量高、来源广泛、含氢量较高等优点，光催化醇重整制氢在燃料电池领域具有独特优势，应用前景良好。

一直以来，CdS作为典型的II-VI族半导体纳米材料，因其优良的光电性能被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、生物标记和光催化等方面。近年来，二维硫化镉/有机胺杂化材料因其特殊的周期性晶体结构，表现出显著的量子限域效应，引起了研究者们的广泛关注。到目前为止，已经报道了二胺体系中合成的一系列[CdE·0.5en]杂化材料(E＝S、Se、Te；en＝乙二胺)，以及单胺体系中得到的两层杂化材料[(MQ)₂(L)](M＝Zn、Cd；Q＝S、Se、Te；L＝单胺)，但是还未合成出其他层数的硫化镉/有机胺杂化材料。对于硫化镉材料光催化分解水产氢的研究较多，但是有关光催化醇重整制氢的研究却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是提供了一种层状硫化镉/单胺杂化材料的制备方法及其光催化醇重整制氢的应用。本发明通过溶剂热方法可控制备出层状硫化镉/单胺杂化材料，将这一类具有独特无机/有机夹层结构的材料应用于光催化醇重整制氢领域，表现出良好的光催化活性、稳定性和可重复使用性。

本发明制备的层状硫化镉/单胺杂化材料的化学式为：[(CdS)_n·(L)]，其中L为有机单胺，n＝2或4；n＝2时即为两层杂化材料：每两层[CdS]与一层有机单胺交替排列；n＝2时即为四层杂化材料：每四层[CdS]与一层有机单胺交替排列；该杂化材料通过有机单胺的N与Cd配位，形成[CdS]无机层与有机单胺分子交错堆叠的层状结构。

所述的有机单胺为正丁胺ba、正己胺ha、正辛胺oa。

本发明所述的层状硫化镉/单胺杂化材料的制备方法的具体步骤如下：

(1)将硫粉和无水氯化镉加入到聚四氟乙烯内胆中，然后加入有机单胺溶剂，通过磁力搅拌充分混匀，再放入反应釜，置于烘箱中，70-90℃反应2-4d；

(2)停止反应后，冷却至室温，产物滤去上清液，剩余固体物质用无水乙醇与去离子水交替离心洗涤，然后真空干燥，即得到层状硫化镉/单胺杂化材料。

步骤(1)中，当硫粉与无水氯化镉的摩尔比为1.2:1.0，80℃反应2-3d后，得到两层硫化镉/单胺杂化材料[(CdS)₂·(L)]。

步骤(1)中，当硫粉与无水氯化镉的摩尔比为1.5:1.0，有机单胺为丁胺，80℃下反应4d后，得到四层硫化镉/丁胺杂化材料[(CdS)₄·(ba)]。