專利名稱：具有可見光響應(yīng)的鋅摻雜硒化鎘光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化劑，特別是涉及一種具有可見光響應(yīng)的光催化劑。本發(fā)明還涉及上述催化劑的制備方法。本發(fā)明還涉及上述催化劑的用途。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)全球性環(huán)境污染和能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，如何有效開發(fā)利用太陽能來治理 環(huán)境污染，緩解能源危機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，已成為當(dāng)今世界各國急需解決的問題。半 導(dǎo)體多相光催化技術(shù)是一種新興的高級氧化技術(shù)，近年來已成為水污染控制領(lǐng)域的研究熱 點(diǎn)。光催化的研究起源于1972年，日本Fujishima和Honda在Nature雜志上報(bào)到，發(fā)現(xiàn)在 光輻射的二氧化鈦半導(dǎo)體電極和金屬電極所組成的電池中，可持續(xù)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn) 生氫氣，這一發(fā)現(xiàn)表明，半導(dǎo)體電極可以將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。從那時(shí)起，來自化學(xué)、物理、 材料等領(lǐng)域的許多科學(xué)家圍繞太陽能的轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存、光化學(xué)合成，進(jìn)行了大量研究，探索其 發(fā)生機(jī)理，致力于提高光催化效率。隨后光催化氧化技術(shù)迅速發(fā)展，已逐漸被用于太陽能電 池、污水處理、防霧、自清潔涂層和抗菌材料等多種領(lǐng)域，尤其在污水處理方面的發(fā)展前景 更為廣闊。硒化鎘是禁帶寬度為1. 7eV的直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有立方閃鋅礦和六方纖鋅 礦兩種晶體結(jié)構(gòu)，其中立方相結(jié)構(gòu)為亞穩(wěn)態(tài)，只能存在于較低溫度，高溫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榱较嘟Y(jié) 構(gòu)。硒化鎘在常溫下可同時(shí)存在立方和六方兩種晶相。硒化鎘納米晶是半導(dǎo)體納米晶中研 究最廣泛，應(yīng)用前景最好的一類II-VI族半導(dǎo)體納米晶，由于其具有重要的非線性光學(xué)性 質(zhì)，發(fā)光性質(zhì)及其他物理化學(xué)特性而備受世人的矚目。作為一種非常重要的半導(dǎo)體材料，已 經(jīng)在各種發(fā)光裝置，激光與紅外探測器件，紅外窗口與非線性光學(xué)材料和光敏傳感器等領(lǐng) 域展示了廣闊的應(yīng)用前景。特別是硒化鎘能很好地吸收可見光，因而它是光化學(xué)催化劑的 首選材料。目前文獻(xiàn)報(bào)道的硒化鎘制備方法主要有以下幾種一是水熱/溶劑熱法水熱法 是指在高壓釜中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過將反應(yīng)體系加熱到臨界溫度(或接近臨 界溫度)，在體系中產(chǎn)生高壓環(huán)境，從而進(jìn)行無機(jī)合成和材料制備的方法；溶劑熱法是以有 機(jī)溶劑代替水形成新的溶劑體系。二是膠體化學(xué)法是在無水無氧的條件下，將反應(yīng)前體注 入到高沸點(diǎn)的表面活性劑中，通過控制反應(yīng)溫度控制納米晶的成核與生長過程。三是水相 合成法基本原理是在水中加入穩(wěn)定劑(如巰基化合物)，通過水相離子交換反應(yīng)得到納米 粒子。水相合成法操作簡單，毒性小，成本低。另外，還有熱解有機(jī)金屬化合物法、溶膠凝膠 法等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的意義在于提供一種具有可見光響應(yīng)的光催化劑，這種鋅摻雜硒化鎘光催 化劑，既能有效的被可見光激發(fā)，又能保持良好的穩(wěn)定性和較高的催化活性，同時(shí)制備工藝簡單、成本低廉。本發(fā)明提供的光催化劑是由鋅和硒化鎘顆粒組成，其特征在于該催化劑是由鋅和 硒化鎘組成。鋅離子和鎘離子的摩爾比為0. 0001 1 1，硒化鎘粒子直徑在1個(gè)納米到 10微米之間。本發(fā)明的具有可見光響應(yīng)的鋅摻雜硒化鎘光催化劑的制備方法如下按0.0001 1 1的摩爾比將一定量的可溶性鎘鹽和鋅鹽溶于20ml 25%的氨水 中，待完全溶解后，加入含有一定量硒粉的40ml 80%的水合胼，充分?jǐn)噭蚝螅b入70ml的 高壓反應(yīng)釜中，在110 180°C的烘箱中反應(yīng)3 24個(gè)小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室 溫，收集沉淀抽慮、洗滌、干燥，最后得到鋅摻雜硒化鎘光催化劑。本發(fā)明的具有可見光響應(yīng)的光催化劑可用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有 機(jī)污染物和重金屬離子的光催化處理。以下具體說明本發(fā)明的效果。在可見光輻射下降解亞甲基藍(lán)的光催化活性測試具 體方法和條件如下催化劑的光催化氧化活性是在自制的光催化反應(yīng)器中進(jìn)行。采用300W氙燈(λ > 420nm)為輻射光源，反應(yīng)液為250mL IOmg · Γ1的亞甲基藍(lán)水溶液，催化劑加入量為1. Ogo 在劇烈的攪拌下每隔一定時(shí)間抽取少量反應(yīng)液，在665nm處測定溶液吸光度。再根據(jù)亞甲 基藍(lán)的濃度_吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線確定溶液濃度。
具體實(shí)施方案實(shí)施方案1將0. Olmol的乙酸鋅和0. Olmol的氯化鎘溶于20ml氨水中，攪拌均勻后加入含有 0. 02mol硒粉的水合胼溶液，劇烈攪拌15min后，將全部溶液轉(zhuǎn)入70ml反應(yīng)釜中，在110°C 反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，將釜冷卻至室溫，收集沉淀、抽濾、用一定量的蒸餾水和無水乙醇洗 滌數(shù)次后，在80°c真空干燥6h，得到催化劑。實(shí)施方案2
將實(shí)施方案1中的氯化鎘變?yōu)橐宜徭k，其它條件不變。
實(shí)施方案3
將實(shí)施方案1中乙酉髮鋅的摩爾數(shù)變?yōu)?. 005mol，其它條件不變。
實(shí)施方案4
將實(shí)施方案1中乙酉髮鋅的摩爾數(shù)變?yōu)?. OOlmol，其它條件不變。
實(shí)施方案5
將實(shí)施方案1中的反應(yīng)溫度變?yōu)?20°c，其它條件不變。
實(shí)施方案6
將實(shí)施方案1中的反應(yīng)溫度變?yōu)?30°C，其它條件不變。
實(shí)施方案7
將實(shí)施方案1中的反應(yīng)溫度變?yōu)?40°C，其它條件不變。
實(shí)施方案8
將實(shí)施方案1中的反應(yīng)時(shí)間變?yōu)?0h，其它條件不變。
實(shí)施方案9
4
將實(shí)施方案1中的反應(yīng)時(shí)間變?yōu)?5h，其它條件不變。本發(fā)明所制得的光催化劑可負(fù)載于載體上，本發(fā)明不限于以上實(shí)施方案。對實(shí)施方案中所得光催化劑進(jìn)行了可見光照射下的光催化反應(yīng)測試，具體結(jié)果如 表1。表1鋅摻雜硒化鎘光催化劑的催化性能
樣品編號可見光輻射Ih 亞甲基藍(lán)降解率實(shí)施方案196%實(shí)施方案293%實(shí)施方案389%實(shí)施方案482%實(shí)施方案593%實(shí)施方案690%實(shí)施方案786%實(shí)施方案885%實(shí)施方案989%
權(quán)利要求
一種可見光響應(yīng)的鋅摻雜硒化鎘光催化劑，其特征在于該光催化劑的成份是鋅和硒化鎘；鋅離子與鎘離子的摩爾比為0.001～1∶1；硒化鎘直徑在1個(gè)納米到10微米之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種光催化劑，其特征在于光反應(yīng)在可見光、紫外光和太陽光下 進(jìn)行。
3.一種制備權(quán)利要求1所述光催化劑的方法中，其特征在于所述的鎘鹽和鋅鹽為可溶性二價(jià)鹽。
4.一種制備權(quán)利要求1所述光催化劑的方法，采用水熱法生產(chǎn)工藝，其特征在于該方 法中的反應(yīng)溫度為110 180°C，保溫時(shí)間為3 24小時(shí)。
5.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光催化劑用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有 機(jī)污染物和重金屬離子的光催化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有可見光響應(yīng)的鋅摻雜硒化鎘半導(dǎo)體光催化劑納米材料及其制備方法，屬于無機(jī)材料制備領(lǐng)域。該催化劑是由鋅和硒化鎘組成，本發(fā)明制備的鋅摻雜硒化鎘光催化劑具有很好的可見光吸收性能，擁有優(yōu)秀的可見光降解有機(jī)污染物的活性。本發(fā)明具有成本低、制備工藝簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。
文檔編號C02F101/20GK101927174SQ20091006946
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者宋立民 申請人:天津工業(yè)大學(xué)