肼的用途、穩(wěn)定硫化鎘的方法、硫化鎘光電陽極及制備方法，以及光電化學(xué)電解池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肼的用途、穩(wěn)定硫化鎘的方法、硫化鎘光電陽極及制備方法，以及光電化學(xué)電解池，通過在電解液中加入肼或者肼的類似物，大幅度地提高CdS的穩(wěn)定性，平均可以保持1?30個小時。
【專利說明】肼的用途、穩(wěn)定硫化鎘的方法、硫化鎘光電陽極及制備方法， 以及光電化學(xué)電解池 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光電催化技術(shù)在污水處理中的方法，特別涉及一種肼的用途、穩(wěn) 定硫化鎘光陽極的方法，以及硫化鎘光電陽極的制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著能源的危機和環(huán)境污染是世界面對的兩個嚴重的問題，尋找一種可再生環(huán)保 能源去解決這些問題迫在眉睫。
[0003] 近年來，新型可見光響應(yīng)光催化材料的開發(fā)利用成為研究熱點，在環(huán)境污染控制、 可持續(xù)能源開發(fā)利用方面具有重要意義。有許多的研究人員把目標都轉(zhuǎn)向了半導(dǎo)體光催化 劑，因為它們有解決能源和環(huán)境問題的潛能，許多報告光催化劑被利用在水裂解產(chǎn)氫作為 清潔能源來源，和降解有機污染物。然而，大多數(shù)催化劑的報告吸收光響應(yīng)只在紫外光下進 行，可是他們的效率遠遠達不到我們實際需要的應(yīng)用。于是目前發(fā)展催化劑在可見光下響 應(yīng)仍然是一個很大的挑戰(zhàn)，但是我們?nèi)匀黄诖每梢姽猓驗樗紦?jù)太陽光譜的一半左 右。
[0004] 與目前最為常用的寬帶隙的TiO2半導(dǎo)體光催化材料相比，硫化鎘(CdS)具有較小 的禁帶寬度(2.42eV)，能夠吸收波長小于520nm的紫外和可見光，另外，CdS具有較負的導(dǎo)帶 帶邊位置，因此被認為是一種在可見光光催化方面具有一定應(yīng)用潛力的半導(dǎo)體光催化劑， 同時也是一個簡單的、最有可能擴展利用在可見光太陽輻射的催化劑，然而，CdS本身的效 率卻十分低、光腐蝕強、穩(wěn)定性較差。
[0005] 當CdS用作光陽極時，其將浸泡在惰性的電解液中，在該電解液，水將會發(fā)生氧化 還原反應(yīng)，而電解質(zhì)本身不會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，常用的電解質(zhì)為硫酸鈉。因為CdS的不穩(wěn) 定性，因此，CdS非常容易被氧化，尤其是其中的硫離子，CdS在硫酸鈉的電解液中最多保持5 分鐘。為此，本領(lǐng)域技術(shù)人員猜測，如果在電解液中加入比硫離子更易氧化的物質(zhì)，那么將 會減少或避免CdS的被氧化，在該思路下，人們發(fā)現(xiàn)，如果在電解液中加入硫化鈉或亞硫酸 鈉，那么會使CdS在電解液中保持的時間由5分鐘延長到10分鐘左右。然而該保持時間遠遠 不能達到實際的需要。
[0006] 鑒于以上技術(shù)問題，實有必要提供一種肼的用途、穩(wěn)定硫化鎘的方法、硫化鎘光電 陽極及制備方法，以及光電化學(xué)電解池，以解決以上技術(shù)問題。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種肼的用途、穩(wěn)定硫化鎘的方法、硫化鎘光 電陽極及制備方法，以及光電化學(xué)電解池，以解決硫化鎘的穩(wěn)定性問題。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種穩(wěn)定硫化鎘的方法，所述的硫化鎘用作光電陽極，在光電陽極的電解液內(nèi)加 入有如下通式的物質(zhì)A:
[0010] ' Cm' 其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪 ? 烴取代基或芳香烴取代基。
[0011] 當支持電解質(zhì)溶液中添加物質(zhì)A后，電解液為中性到堿性溶液。
[0012] 當支持電解質(zhì)溶液中添加物質(zhì)A后，電解液的pH為6-14。
[0013] -種CdS光電陽極的制備方法，首先在電極上制備CdS，然后配制惰性的電解液溶 液，最后在該電解液中加入通式為以下的物質(zhì)A:
[0014] 敗[一 ? 烴取代基或芳香烴取代基。
[0015] 所述的CdS的制備方法為:將洗凈的導(dǎo)電基底放入鎘源溶液和硫源溶液中，在水熱 反應(yīng)釜內(nèi)160 °C~250 °C下發(fā)生水熱反應(yīng)，最后干燥即可。
[0016] 所述干燥是在35 °C~50 °C的干燥箱內(nèi)進行。
[0017] -種CdS光電陽極，該CdS光電陽極在含有物質(zhì)A的電解液溶液中，穩(wěn)定性可以達到 1~30個小時，所述的物質(zhì)A通式如下：
[0018] R2,:::心一 T 烴取代基或芳香烴取代基。
[0019]當物質(zhì)A為肼時，CdS光電陽極的穩(wěn)定性達到30個小時。
[0020] -種光電化學(xué)電解池，光照的條件下，工作電極為生長于導(dǎo)電基底上的CdS、對電 極為鉑絲，測試用溶液為添加有如下通式物質(zhì)A的電解液： ?.??、. m
[0021] n;N - Μ:::;其中，尺1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪 9. 烴取代基或芳香烴取代基。
[0022] 進一步包括有參比電極，該參比電極為Ag/AgCl或甘萊。
[0023] -種肼或其類似物的用作CdS溶液穩(wěn)定劑的用途，所述肼或其類似物表達為以下 通式： \ ? >>< >
[0024] 一…其中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪 ，. 烴取代基或芳香烴取代基。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果:本發(fā)明通過在電解液中加入肼 或者肼的類似物，大幅度地提高CdS的穩(wěn)定性，最典型的是在含有肼溶液中至少可以維持30 個小時。 【【附圖說明】】
[0026] 圖1為本發(fā)明光電催化穩(wěn)定CdS光陽極三電極裝置圖。
[0027]圖2為本發(fā)明制備的CdS的XRD圖。
[0028] 圖3為本發(fā)明用三電極測試硫化鎘在不含物質(zhì)A溶液中的電流-時間圖。
[0029] 圖4為本發(fā)明是三電極測試硫化鎘在肼溶液中的電流-時間圖。
[0030] 圖5為本發(fā)明是三電極測試硫化鎘在苯肼溶液中的電流-時間圖。
[0031 ]圖6為本發(fā)明是三電極測試硫化鎘在偏二甲肼溶液中的電流-時間圖。 【【具體實施方式】】
[0032] 本發(fā)明通過在電解液中加入肼或者肼的類似物，大幅度地提高CdS的穩(wěn)定性，特別 是在含有肼的溶液至少可以維持30個小時。肼的類似物包括但不限于:苯肼或偏二甲肼，該 肼及其類似物的通式如下：
[0033]
[0034] 其中，1?1、1?2、1?3、1?4可以為：1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代基或芳香烴取代基，且 尺1、1?2、1?3、1?4中至少有一個!1。
[0035] R1、R2、R3、R4可以選擇以下物質(zhì)：
[0037]制備CdS光電陽極方法：
[0038] 步驟一、清洗FTO:用丙酮，異丙醇，無水乙醇，超純水各超聲15min;
[0039] 步驟二、配置含有0 · 386g硝酸鎘和0 · 286g硫脲溶液IOOmL;
[0040]步驟三、在水熱條件溫度為210°C_230°C，讓步驟二的溶液發(fā)生水熱反應(yīng)14.5h; [00411步驟四、讓水熱釜自然冷卻，用超純水輕微的沖洗，然后在溫度為30°C~50°C的干 燥箱中干燥I Om i n-20m i η，制的CdS光電陽極。
[0042 ] 步驟五、將步驟四制備的CdS在0.1 - lmo I /L硫酸鈉的溶液（I OOmL )，同時在光照的 條件下，電化學(xué)站:供三電極系統(tǒng)檢測CdS的電流-時間圖（0.75V)。
[0043] 利用該方法制備的CdS電流-時間曲線和XRD如下圖2和圖3,由圖中可知，在60sec 時，電流已經(jīng)下降至〇.5mA/cm2以下。
[0044] 以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明制備方法做詳細描述：
[0045] 實施例1
[0046] 本實施例穩(wěn)定CdS光電陽極在肼溶液的方法包括以下步驟：
[0047] 步驟一、用去離子水配置0.1-lmol/L的硫酸鈉溶液。
[0048]步驟二、在步驟一中的溶液加入0.1-3mol/L的肼攪拌，配置含肼電解質(zhì)溶液(pH = 10.6)〇
[0049]步驟三、用電化學(xué)工作站三電極系統(tǒng)：工作電極為CdS光電陽極、對電極為鉑絲、參 比電極是Ag/AgCl，同時在光照的條件下，測試CdS在肼溶液下的電流時間曲線(0.75V)。 [0050]本實施例穩(wěn)定CdS光電陽極在肼溶液的電流-時間曲線如圖4所示，由圖可知，在30 小時，電流由7 · 2mA/cm2降低到6 · 4mA/cm2 ο [0051 ] 實施例2
[0052]本實施例穩(wěn)定CdS光電陽極在苯肼溶液的方法包括以下步驟：
[0053] 步驟一、用超純水配置0.1-lmol/L的硫酸鈉溶液。
[0054]步驟二、在步驟一中的溶液加入0.1-3mol/L的苯肼攪拌，然后再加入氫氧化鈉調(diào) 節(jié)pH為10.6(與肼的pH保持一致），配置含苯肼電解質(zhì)溶液。
[0055]步驟三、用電化學(xué)工作站三電極系統(tǒng)：工作電極為CdS光電陽極、對電極為鉑絲、參 比電極是Ag/AgCl，同時在光照的條件下，測試CdS在苯肼溶液下的電流-時間圖（0.75V)。
[0056] 本實施例穩(wěn)定CdS光電陽極在苯肼的電流-時間曲線如圖5,由圖可知，在255sec 時，電流由3 · 5mA/cm2降低到1 · 5mA/cm2 〇
[0057] 實施例3
[0058]本實施例穩(wěn)定CdS光電陽極在偏二甲肼溶液的方法包括以下步驟：
[0059] 步驟一、用超純水配置0.1-1.5mol/L的硫酸鈉溶液。
[0060]步驟二、在步驟一中的溶液加入0.1_3m〇l/L的偏二甲肼攪拌，然后同樣調(diào)節(jié)pH為 10.6(與肼的pH保持一致），配置含偏二甲肼電解質(zhì)溶液。
[0061 ]步驟三、用電化學(xué)工作站三電極系統(tǒng)：工作電極為CdS光電陽極、對電極為鉑絲、參 比電極是Ag/AgCl，同時在光照的條件下，測試CdS在偏二甲肼溶液下的電流-時間圖 (0.75V)。
[0062]本實施例穩(wěn)定CdS光電陽極在偏二甲肼的電流-時間曲線如圖6，由圖可知，在 5000sec 時，電流從 6 · OmA/cm2 降低至 4 · 5mA/cm2。
[0063]由以上可知，當在電解液中加入肼或者肼的類似物后，溶液的電流并未發(fā)生明顯 降低，由此驗證了 CdS的穩(wěn)定性大大得到了提高。
[0064]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技 術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種穩(wěn)定硫化鎘的方法，所述的硫化鎘用作光電陽極，其特征在于:在光電陽極的電 解液內(nèi)加入有如下通式的物質(zhì)A:其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穩(wěn)定硫化鎘的方法，其特征在于：當支持電解質(zhì)溶液中添 加物質(zhì)A后，電解液為中性到堿性溶液。3. -種CdS光電陽極的制備方法，其特征在于:首先在電極上制備CdS，然后配制惰性的 電解液溶液，最后在該電解液中加入通式為以下的物質(zhì)A:其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種CdS光電陽極的制備方法，其特征在于:所述的CdS的制備 方法為:將導(dǎo)電基底清洗干凈后，將鎘源溶液和硫源溶液在水熱反應(yīng)釜內(nèi)于160 °C~250°C 下發(fā)生水熱反應(yīng)，最后干燥即可。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種CdS光電陽極的制備方法，其特征在于:所述干燥是在35 °C~50°C的干燥箱內(nèi)進行。6. -種CdS光電陽極，其特征在于:該CdS光電陽極在含有物質(zhì)A的電解液溶液中，穩(wěn)定 性可以達到1~30個小時，所述的物質(zhì)A通式如下：其中，Rl、R2、R3、R4中至少有一個Η，且R1、R2、R3、R4為Η、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種CdS光電陽極，其特征在于：當物質(zhì)Α為肼時，CdS光電陽極 的穩(wěn)定性達到30個小時。8. -種光電化學(xué)電解池，其特征在于:光照的條件下，工作電極為生長于導(dǎo)電基底上的 CdS、對電極為鉑絲，測試用溶液為添加有如下通式物質(zhì)A的電解液：其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 j 基或芳香烴取代基。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光電化學(xué)電解池，其特征在于:進一步包括有參比電極， 該參比電極為Ag/AgCl或甘汞。10. -種肼或其類似物的用作CdS溶液穩(wěn)定劑的用途，所述肼或其類似物表達為以下通 式：其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一個!1，且1?1、1?2、1?3、1?4為!1、脂肪烴取代 基或芳香烴取代基。
【文檔編號】C02F1/30GK105923710SQ201610243666
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】李遠剛, 史永宏, 李華靜, 楊淑莉, 周安寧
【申請人】西安科技大學(xué)