本發(fā)明涉及一種分等級結構光催化劑的合成方法，屬于納米新材料技術領域。

背景技術：

環(huán)境污染和能源危機伴隨著工業(yè)化、城市化進程的加快也日趨嚴重，因此，開發(fā)綠色可再生的新能源變得尤為重要。太陽能作為一種能量大、范圍廣、可持續(xù)、環(huán)境友好的新型能源，將太陽能轉化為人類所需的化學能被認為是目前能夠解決環(huán)境污染和能源危機的有效途徑之一。然而，目前的光催化材料仍存在量子效率低、催化效率不佳等問題，嚴重影響了對太陽能的利用率，限制了光催化材料在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應用。因此尋找高活性、低成本、易于大規(guī)模制備的催化劑對發(fā)展工業(yè)光催化領域具有重要價值和意義，相關研究也得到了廣泛關注。其中，制備具有雙重或多重催化活性的高效光催化劑是目前光催化領域的一個重要研究方向。

近年來，過渡金屬硫化物由于其合適的能帶寬度，特殊的二維結構，豐富的材料來源，獨特的物理化學性質，以及在催化領域的潛在應用，受到了大家的普遍關注。尤其是硫化鎘，作為一種理想的可見光響應半導體光催化劑，表現(xiàn)出優(yōu)異的產(chǎn)氫活性，已成功應用于有機染料的光催化降解、光解水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧以及二氧化碳減排等方面。然而，硫化鎘的光腐蝕性嚴重、催化穩(wěn)定性差、光生載流子易復合等缺陷限制了其光催化效率。因此，如何選擇合適的材料對其進行結構改性，從而制備出高活性、高穩(wěn)定性的光催化劑以提高硫化鎘在實際生產(chǎn)生活中的應用是此類材料的攻關方向。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種工藝條件溫和、分散性良好、分等級的硫化鎘納米材料的制備方法，本發(fā)明制備的硫化鎘納米材料作為光解水催化劑具有優(yōu)良的活性和穩(wěn)定性。

有鑒于此，本發(fā)明提供一種分等級結構光催化劑的合成方法，是指乙二胺參與硫化鎘納米材料的成核生長，并誘導納米材料組裝形成分級結構的硫化鎘光催化劑。

進一步的，所述分等級結構光催化劑的合成方法，將硫源、鎘源加入乙二胺與超純水的混合溶劑中，然后將得到的混合物進行水熱反應，制備具有分等級結構的硫化鎘納米材料。

制備具體步驟如下：

一、將硫源、鎘源加入乙二胺與超純水的混合溶劑中，充分攪拌后獲得均勻的分散液；

二、將所述分散液轉移至反應釜中并進行水熱反應；

三、對完成水熱反應的分散液進行離心，去除上清液，冷凍干燥后得到具有分等級結構的硫化鎘納米材料。

進一步的，所述鎘源為硝酸鎘、氯化鎘、乙酸鎘的一種或幾種組合，所述硫源為硫脲、硫化鈉、硫代硫酸鈉、硫代乙酰胺、升華硫的一種或幾種組合。

進一步的，所述硫源與鎘源的質量比為1～2:0.5～1，乙二胺與超純水的體積比為0.1～10：1。

進一步的，所述水熱反應的溫度為50～180℃，時間為10～60h。

進一步的，所述充分攪拌是指：攪拌速率為100～10000r/min，攪拌時間15～120min。

進一步的，所述離心清洗是指：用超純水在4000～10000r/min的轉速條件下離心至ph值為7左右；所述冷凍干燥是指：冷凍溫度為-45～-50℃，冷凍干燥時間為12～40h。

進一步的，所述分等級結構硫化鎘納米材料的直徑在50nm～2μm。

進一步的，所述分等級結構硫化鎘納米材料包括分等級結構硫化鎘微米花；分等級結構硫化鎘微米花應用于有機水污染處理、光解水產(chǎn)氫、光催化殺菌中。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有益技術效果在于：制備具有分等級結構的硫化鎘光催化劑，制備過程中乙二胺參與硫化鎘材料的成核生長，并誘導納米材料組裝形成分級結構，有利于抑制粒子團聚和其作為催化劑在催化過程中載流子的傳輸；材料合成方法簡單、反應條件溫和、生產(chǎn)成本低廉、工藝參數(shù)容易實現(xiàn)，所制得的硫化鎘材料產(chǎn)量高、形貌結構均一、分散性良好、易回收、活性穩(wěn)定性高、適于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，為光解水產(chǎn)氫、光降解有機污染物和重金屬、光催化消毒殺菌、二氧化碳還原等領域的實際應用提供可能。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。

圖1為本發(fā)明實施例1制備的分等級結構硫化鎘微米花的掃描電鏡照片。

具體實施例

實施例1

將1.0g氯化鎘和2.0g硫脲分散到30ml混合溶液中充分攪拌，攪拌速率為8000r/min，攪拌時間60min；將溶液加熱至60℃反應12h，然后用超純水在4000r/min的轉速條件下離心至ph值為7左右；冷凍溫度為-50℃，冷凍干燥時間為20h。

混合溶液為乙二胺和去離子水按體積比2:1混合所得。

得到的分等級結構cds納米晶的sem譜圖照片如圖1所示。

經(jīng)測試，其光催化降解次甲基藍染料廢水效率達93%。

實施例2

將乙酸鎘和升華硫按質量比1：2分散到36ml混合溶液中，攪拌速率為100r/min，攪拌時間120min；將溶液加熱至120℃反應60h，然后用超純水在8000r/min的轉速條件下離心至ph值為7左右；冷凍溫度為-50℃，冷凍干燥時間為12h。

得到分等級結構的cds納米晶；

混合溶液為乙二胺和去離子水按體積比10:1混合所得。

經(jīng)測試，其光催化破壞大腸桿菌的效率達89%。

實施例3

將硝酸鎘和硫化鈉按1:1的質量比分散到40ml混合溶液中，攪拌速率為10000r/min，攪拌時間15min；將溶液加熱至180℃反應10h，然后用超純水在6000r/min的轉速條件下離心至ph值為7左右；冷凍溫度為-45℃，冷凍干燥時間為40h。得到分等級結構的cds納米晶。

混合溶液為乙二胺和去離子水按體積比1:1混合所得。

經(jīng)測試，其產(chǎn)氫性能在2h后可達到2550μmol。

本發(fā)明公開了一種分等級結構的硫化鎘光催化劑，該催化劑能利用太陽光中的可見光進行催化反應，以提高對太陽光的利用率。以乙二胺作為溶劑，參與硫化鎘的形核生長，并誘導材料組裝形成分級結構，同時，這種具有分等級結構的硫化鎘光催化劑具有更大表面積和更多活性位點，有助于抑制粒子團聚，使得在自然光的照射下，可高效的發(fā)生催化降解有機污染物反應，反復5次之后，硫化鎘的催化速率仍保持90%以上，因為其重復性能好，循環(huán)使用壽命長，具有很高的使用價值。

本發(fā)明采用乙二胺溶劑合成的分等級硫化鎘納米材料具有表面積大、活性位點多、載流子遷移率高、不易團聚等優(yōu)點，有效提高了其光催化活性,且催化性能穩(wěn)定,具有優(yōu)異的光催化降解有機污染物和重金屬離子、光催化殺菌、光解水產(chǎn)氫、以及光催化二氧化碳轉化性能；本發(fā)明合成原料普通、制備條件溫和、工藝參數(shù)容易實現(xiàn)，且成本低、易操作、產(chǎn)率高、穩(wěn)定性強，所制備的分等級結構的硫化鎘納米材料具有優(yōu)異的光催化性能，也可廣泛用于污水處理、智能殺菌、能源轉換與存儲領域、航空航天領域、民用領域及各種密封領域。

以上是對本發(fā)明的較佳實施例進行了具體說明，但是本發(fā)明并不僅限于上述的實施例，熟悉本領域的科技人員在不違背本發(fā)明精神的前提條件下還可以作出種種等同的變型或者是替換，這些等同的變型或者替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內(nèi)。