專利名稱：復(fù)合光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界，各國對能源問題和環(huán)境問題都給予了高度關(guān)注。隨著社會和經(jīng)濟(jì)的飛 速發(fā)展，人類對不可再生資源的需求日益增大，化石燃料已經(jīng)不能滿足人們對能源的需求， 隨著人類的持續(xù)、高速的消耗，在不久的未來終有枯竭的一天。因?yàn)槿祟悓ψ匀坏倪^度開 發(fā)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和環(huán)境破壞，同時燃燒化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體造 成的“溫室效應(yīng)”也日益嚴(yán)重，開發(fā)潔凈、高效的新能源已經(jīng)迫在眉睫、刻不容緩。因此開發(fā)新的可再生清潔能源，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。而如何建立清潔能源系統(tǒng)是 解決這一問題的關(guān)鍵。H2燃燒值高、無毒無臭、產(chǎn)物對環(huán)境友好，是可再生能源。H2可直接 做燃料電池的燃 料，為電動車提供動力，也可將氫能轉(zhuǎn)化為電能，為用電器供電，是十分有 應(yīng)用前景的新能源，已被普遍認(rèn)為是最有希望替代現(xiàn)有化石能源的綠色能源。因此，把太陽 能轉(zhuǎn)化為氫能，發(fā)展高效、低成本的太陽能規(guī)?；茪浼夹g(shù)具有重大的社會、經(jīng)濟(jì)效益。1972年日本科學(xué)家Fujishima和Honda首次發(fā)現(xiàn)在紫外光輻照下，金紅石型TiO2 單晶電極可以在常溫下將H2O分解為H2和02，自此利用太陽能通過光催化的方法分解水的 報(bào)道逐漸增多。經(jīng)過30多年的研究，TiO2光催化劑的研究已經(jīng)趨于成熟，其在利用紫外光 分解水制氫和降解有機(jī)物方面的性能較好，應(yīng)用相對成熟。但二氧化鈦為代表的傳統(tǒng)光催 化材料，其催化活性低，產(chǎn)氫率低，現(xiàn)今國際無負(fù)載的最高產(chǎn)氫速率僅為1 2. 5mmol/h，且 只能利用占太陽光能量5%的紫外光，帶隙寬，應(yīng)用受到限制。為提高太陽能的利用率，亟待 發(fā)展具有可見光響應(yīng)的新一代光催化材料。在加入犧牲劑的條件下，ZnS系光催化劑具有 良好的光催化活性，但帶隙僅為3. 5eV，只能吸收λ < 350nm的紫外光，這就對ZnS的可見 光下活性提高提出了要求，CdS和ZnS具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，它們復(fù)合形成的固溶體光催化 劑有可見光響應(yīng)，而且有良好的光催化分解水制氫活性。但CdS光腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，光生載流 子復(fù)合率高，進(jìn)行光催化反應(yīng)時須有犧牲劑存在，其在這方面的性能亟待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有利用光分解H2O制氫催化劑活性低、在可見光下產(chǎn)氫率 低的問題而提供了復(fù)合光催化劑及其制備方法。本發(fā)明采用聲化學(xué)合成法制備復(fù)合光催化材料。本發(fā)明復(fù)合光催化劑是由Zn(Ac)2 ^H2OjCd(Ac)2 ·2Η20，第三主族化合物和硫代乙 酰胺制成；Zn (Ac) 2 · 2Η20與Cd (Ac) 2 · 2Η20的摩爾比為1 1 5，Zn (Ac) 2 · 2Η20與第三主 族化合物的摩爾比為1 0.01 0. 10，Zn(Ac)2 ·2Η20與硫代乙酰胺的摩爾比為1 4. 03 12. 30 ；其中第三主族化合物為InCl3 · 4Η20或GaCl3。本發(fā)明復(fù)合光催化劑的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、稱取Zn(Ac)2 · 2H20， Cd(Ac)2 · 2H20,第三主族化合物和硫代乙酰胺，Zn (Ac)2 · 2H20與Cd(Ac)2 · 2H20的摩爾比為1 1 5，Zn (Ac)2 · 2H20與第三主族化合物的摩爾比為1 0. Ol 0. 1，Zn (Ac)2 · 2H20 與硫代乙酰胺的摩爾比為1 4. 03 12. 30，然后將它們加入到5 20mL的丙酮或乙醇 溶液中，形成混合物；二、將步驟一所得混和物密封后放入超聲反應(yīng)器中，在40 80°C下反 應(yīng)0. 5 18h ；三、將步驟二反應(yīng)得到的產(chǎn)物冷卻到室溫，再用無水乙醇洗滌2 5次，然 后在烘箱中于50°C干燥0. 5 5h，即得復(fù)合光催化劑；其中步驟一中的第三主族化合物為 InCl3 · 4H20 或 GaCl3。本發(fā)明得到的復(fù)合光催化劑呈納米球形，納米球粒徑為480nm 520nm，且由每個 粒徑為5 9nm的小粒子自組裝而成，另外納米球中均勻鑲嵌著ZnS和CdS納米晶體；該復(fù) 合光催化劑催化活性高，產(chǎn)氫速率可達(dá)5 8. lmmol/h，高于現(xiàn)今國際無負(fù)載的最高產(chǎn)氫速 率1 2. 5mmol/h ；本發(fā)明方法的原料價格低，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)壓力小，裝置簡易，并且操 作簡單，無需負(fù)載貴金屬，且材料粉體顆粒均勻、純度高。



圖1是具體實(shí)施方式
八制備的復(fù)合光催化劑粉體的X射線衍射圖譜；圖2是具體實(shí)施方式
八制備的復(fù)合光催化劑粉體掃描電子顯微鏡50000倍下圖 譜；圖3是具體實(shí)施方式
八制備的復(fù)合光催化劑粉體掃描電子顯微鏡5000倍下圖 譜；圖4是具體實(shí)施方式
八制備的復(fù)合光催化劑粉體透射電子顯微鏡明場圖譜；圖5是具體實(shí)施方式
八制備的復(fù)合光催化劑粉體透射電子顯微鏡暗場圖譜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的 任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式復(fù)合光催化劑是由Zn(Ac)2 WH2C^Cd(Ac)2 ·2Η20，第 三主族化合物和硫代乙酰胺制成；Zn (Ac)2 · 2Η20與Cd(Ac)2 · 2Η20的摩爾比為1 1 5， Zn(Ac)2 · 2Η20與第三主族化合物的摩爾比為1 0. 01 0. 10，Zn(Ac)2 · 2Η20與硫代乙酰 胺的摩爾比為1 4. 03 12. 30 ；其中第三主族化合物為InCl3 · 4Η20或GaCl3。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式復(fù)合光催化劑的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、 稱取Zn (Ac) 2 · 2H20, Cd (Ac) 2 · 2H20,第三主族化合物和硫代乙酰胺，Zn (Ac) 2 · 2H20與 Cd(Ac)2 · 2H20的摩爾比為1 1 5，Zn(Ac)2 · 2H20與第三主族化合物的摩爾比為 1 0.01 0. 1，Zn(Ac)2 · 2H20與硫代乙酰胺的摩爾比為1 4. 03 12. 30，然后將它們 加入到5 20mL的丙酮或乙醇溶液中，形成混合物；二、將步驟一所得混和物密封后放入超 聲反應(yīng)器中，在40 80°C下反應(yīng)0. 5 18h ；三、將步驟二反應(yīng)得到的產(chǎn)物冷卻到室溫，再 用無水乙醇洗滌2 5次，然后在烘箱中于50°C干燥0. 5 5h，即得復(fù)合光催化劑；其中步 驟一中的第三主族化合物為InCl3 · 4H20或GaCl3。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是步驟一中將 Zn(Ac)2 · 2H20, Cd(Ac)2 · 2H20，第三主族化合物和硫代乙酰胺加入到7 IOmL的丙酮或乙 醇溶液中。其他與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二或三不同的是步驟二中在超聲反 應(yīng)器中的反應(yīng)溫度控制在50°C。其他與具體實(shí)施方式
二或三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟二中在超聲反應(yīng)器 中的超聲時間為lh。其他與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是步驟三中經(jīng)步驟二反應(yīng) 得到的產(chǎn)物用無水乙醇洗滌3次。其他與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟三中產(chǎn)物用無水乙 醇洗滌后在烘箱中于50°C干燥lh。其他與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式復(fù)合光催化劑的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、取 0. 95mmol 的 Zn(Ac)2 · 2H20,3mmol 的 Cd(Ac)2 · 2H20，0. 05mmol 的 InCl3 · 4H20 和 2 倍化學(xué) 計(jì)量比的硫代乙酰胺，然后將它們加入到8mL丙酮溶液中混合；二、將混和物密封后放入超 聲反應(yīng)器中，在50°C下反應(yīng)Ih ；三、將步驟二反應(yīng)得到的產(chǎn)物冷卻到室溫，經(jīng)過濾，再用無 水乙醇洗滌3次，然后在烘箱中于50°C干燥，即得復(fù)合光催化劑。本實(shí)施方式得到的復(fù)合光催化劑即為 復(fù)合ZnS/CdS/In2S3光催化劑的粉體，該復(fù) 合光催化劑粉體的X射線衍射圖譜如圖1所示，掃描電子顯微鏡50000倍下圖譜如圖2所 示，掃描電子顯微鏡5000倍下圖譜如圖3所示，透射電子顯微鏡明場圖譜如圖4所示，透射 電子顯微鏡暗場圖譜如圖5所示。
權(quán)利要求
1.復(fù)合光催化劑，其特征在于該復(fù)合光催化劑是由Zn(Ac)2· 2H20，Cd(Ac)2 · 2H20，第 三主族化合物和硫代乙酰胺制成；Zn (Ac)2 · 2H20與Cd(Ac)2 · 2H20的摩爾比為1 1 5， Zn(Ac)2 · 2H20與第三主族化合物的摩爾比為1 0. 01 0. 10，Zn(Ac)2 · 2H20與硫代乙酰 胺的摩爾比為1 4. 03 12. 30 ；其中第三主族化合物為InCl3 · 4H20或GaCl3。
2.制備權(quán)利要求1所述的復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于它按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、稱取Zn(Ac)2 · 2H20, Cd(Ac)2 · 2H20,第三主族化合物和硫代乙酰胺，Zn(Ac)2 · 2H20 與Cd(Ac)2 · 2H20的摩爾比為1 1 5，Zn(Ac)2 · 2H20與第三主族化合物的摩爾比為 1 0.01 0. 1，Zn(Ac)2 · 2H20與硫代乙酰胺的摩爾比為1 4. 03 12. 30，然后將它們 加入到5 20mL的丙酮或乙醇溶液中，形成混合物；二、將步驟一所得混和物密封后放入超 聲反應(yīng)器中，在40 80°C下反應(yīng)0. 5 18h ；三、將步驟二反應(yīng)得到的產(chǎn)物冷卻到室溫，再 用無水乙醇洗滌2 5次，然后在烘箱中于50°C干燥0. 5 5h，即得復(fù)合光催化劑；其中步 驟一中的第三主族化合物為InCl3 · 4H20或GaCl3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中將 Zn(Ac)2 · 2H20, Cd(Ac)2 · 2H20，第三主族化合物和硫代乙酰胺加入到7 IOmL的丙酮或乙 醇溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟二中在超聲 反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度控制在50°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟二中在超聲反應(yīng) 器中的超聲時間為lh。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中經(jīng)步驟二反 應(yīng)得到的產(chǎn)物用無水乙醇洗滌3次。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中產(chǎn)物用 無水乙醇洗滌后在烘箱中于50°C干燥lh。
全文摘要
復(fù)合光催化劑及其制備方法，它涉及一種光催化劑材料及其制備方法。它解決了現(xiàn)有技術(shù)利用光分解水制氫的催化劑活性低、在可見光下產(chǎn)氫率低的問題。復(fù)合光催化劑由Zn(Ac)2·2H2O，Cd(Ac)2·2H2O，第三主族化合物和硫代乙酰胺制成，其制備方法是一、稱取Zn(Ac)2·2H2O，Cd(Ac)2·2H2O，硫代乙酰胺和第三主族化合物，加入到丙酮或乙醇溶液中混合；二、將混和物進(jìn)行超聲反應(yīng)；三、得到的產(chǎn)物經(jīng)冷卻、洗滌、干燥，最終得到復(fù)合光催化劑粉末。本方法原料價格低、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)壓力小、裝置簡易，且操作簡單。所制備的復(fù)合光催化劑的產(chǎn)氫速率高，催化劑活性好，無需負(fù)載貴金屬，且材料粉體顆粒均勻、純度高，以期應(yīng)用于規(guī)?；茪浼夹g(shù)領(lǐng)域。
文檔編號B01J27/04GK102000591SQ20101053034
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者于耀光, 周超, 申造宇, 陳剛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)