本發(fā)明屬于光催化，涉及一種硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑的制備方法與應用。

背景技術：

1、隨著全球人口的增長和經濟的快速發(fā)展，人類對煤，石油和天然氣等化石燃料的消耗急劇增加，造成了嚴重的環(huán)境污染和能源危機。并且溫室氣體的過量排放導致全球變暖，目前，全球的co2濃度已經達到420ppm，這迫使世界尋找將co2等溫室氣體轉化為可再生能源的有效手段。將co2捕獲并轉化為可利用的高附加值化合物已經成為降低co2濃度的有效手段。其中，主要開發(fā)的方法有電化學催化法、熱化學催化法、生物催化法和光化學催化法，光化學催化法由于其高效環(huán)保,操作簡單，低成本等優(yōu)勢被廣泛應用于轉化co2。

2、研究人員發(fā)現(xiàn)，零維量子點(qds)材料由于其特殊的量子尺寸效應、電子轉移特性和對可見光的有效吸收，在光催化劑的構件中得到了廣泛的研究。三元zncds具有較高的吸收系數(shù)，為調節(jié)從紫外到可見光范圍的光學性質創(chuàng)造了良好的條件，并可以調整適當?shù)膸斗秶?。在光催化還原co2領域，zncds?qds展現(xiàn)出了較高的的催化活性，然而，由于量子點表面孔隙率較低，很難捕獲co2和反應中間體，這極大的限制了量子點催化性能的提升。因此，引入一種具有高比表面積，能夠高效捕獲co2的催化劑載體對于提升量子點光還原co2的催化活性具有積極意義。

3、近年來,介孔二氧化硅納米顆粒(mesop-sio2)因其具有大的開孔結構高比表面積、優(yōu)異的溶劑分散性、良好的生物相容性等優(yōu)點成為催化界的研究熱點,上述優(yōu)點使得介孔二氧化硅在實現(xiàn)co2的捕獲和催化轉化中取得了良好的發(fā)展。然而，介孔二氧化硅自身沒有光催化活性，無法單獨將co2轉化為可再生燃料。因此，通過將硫鎘鋅量子點(zncds?qds)和介孔二氧化硅(mesop-sio2)結合形成復合光催化劑實現(xiàn)高效光還原co2的策略是可行的。目前還未見相關報道。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明利用水熱法和熱注法制備出硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑，用于高效光催化將co2轉化為co，光催化活性得到極大提升，具有良好的實際應用價值。一種硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑的制備方法，步驟如下：

2、(1)制備介孔二氧化硅(mesop-sio2)

3、將十六烷基三甲基溴化銨ctab和丁醛溶解在水中后倒入密封瓶中室溫下攪拌5-10min，快速加入氨水，攪拌30-60min，然后加入硅酸四乙酯teos，在室溫下攪拌12-24h，將產品離心干燥后，最后在空氣氣氛下煅燒；

4、(2)制備硫鎘鋅量子點(zncds?qds)

5、首先，將硫粉加入到十八烯ode中，在n2下加熱直至溶解，制得s前驅體；然后，將氧化鎘cdo和醋酸鋅zn(oac)2加入到十八烯ode和油酸oa的混合物中，然后在n2下加熱直至溶解，制備zncd前驅體；最后，將s前驅體注射到zncd前驅體中，冷卻至室溫，所得硫鎘鋅量子點用丙酮沉淀，然后分散在正己烷中；

6、(3)mua修飾的硫鎘鋅量子點

7、將11-巰基十一烷酸mua溶于甲醇中，用五水合四甲基氫氧化銨將溶液ph調至9-12，得到mua混合液；

8、在黑暗條件下，將步驟(2)所得硫鎘鋅量子點zncds?qds分散在mua混合液中，并將容器置于n2流動下，將混合物在60-80℃回流下加熱過夜后，用乙酸乙酯和乙醚沉淀，用丙酮清洗并分散在水中，記為mua-zncds?qds。

9、(4)制備硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑

10、將步驟(3)所得的mua-zncds?qds和步驟(1)所得的介孔二氧化硅mesop-sio2分散在去離子水中，避光攪拌12-24小時，得到硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑，記為mua-zncds?qds/mesop-sio2。

11、步驟(1)中，十六烷基三甲基溴化銨、丁醛、氨水和硅酸四乙酯的用量比為0.64g：15.0ml：6.0ml：2.8ml；其中，氨水的濃度為25-28wt％。

12、煅燒溫度為550℃，煅燒時間為6h。

13、步驟(2)中，硫粉、cdo和zn(oac)2的摩爾比為2:1:1；十八烯ode和油酸oa的混合物中，ode:oa的體積比為13:6；

14、步驟(3)中，mua和zncds?qds的質量比1:1；

15、步驟(4)中，mua-zncds?qds和介孔二氧化硅(mesop-sio2)的質量比為1:1.7-19。

16、將所制得的硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅(mua-zncds?qds/mesop-sio2)復合光催化劑用于光催化還原co2為co的用途。

17、上述技術分析測試方法具體為：

18、(1)在石英玻璃反應器中對不同的光催化劑進行了光催化性能測試。產生的co使用氣相色譜儀進行分析。具體實驗步驟如下：10mg催化劑分散在3毫升去離子水中。將得到的混合物滴在石英玻璃上，然后在60℃下干燥。干燥后的催化劑放置在含有1ml水的石英反應器中。然后將二氧化碳引入反應器30min，以完全去除空氣。在反應過程中，氙氣燈通過石英窗(22.1cm2)照亮催化劑樣品。

19、(2)光源采用光功率密度為1000mw?cm-2的300w?xe燈。每隔60分鐘進行分析一次。

20、本發(fā)明的技術優(yōu)點

21、(1)本發(fā)明由采用水熱法和熱注法策略合成光催化復合材料，該合成方法使得介孔二氧化硅材料介孔分布均勻，量子點高度分散，大小均一。而且量子點經過配體mua交換后，表面具有反應活性更強的表面基團，可以均勻分散在水溶液中，并有利于與介孔二氧化硅復合。

22、(2)利用本發(fā)明制備的光催化復合材料實現(xiàn)了高效光還原co2，復合材料的光催化活性達到了898.6μmol?g-1h-1。

23、(3)本發(fā)明采用制備的光催化復合材料具較高的催化穩(wěn)定性，在進行了20小時的循環(huán)實驗后仍有91％的催化活性。

技術特征：

1.一種硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟如下：

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，十六烷基三甲基溴化銨、丁醛、氨水和硅酸四乙酯的用量比為0.64g：15.0ml：6.0ml：2.8ml；其中，氨水的濃度為25-28wt％。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，第一次攪拌時間為5-10min，第二次攪拌時間為30-60min，第三次攪拌時間為12-24h，煅燒溫度為550℃，煅燒時間為6h。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，硫粉、cdo和zn(oac)2的摩爾比為2:1:1；十八烯ode和油酸oa的混合物中，ode:oa的體積比為13:6。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，mua和zncds?qds的質量比1:1。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，回流溫度為60-80℃。

7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，mua-zncds?qds和介孔二氧化硅mesop-sio2的質量比為1:1.7-19。

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，避光攪拌時間為12-24小時。

9.將權利要求1～8任一項所述方法制得的硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑用于光催化還原co2為co的用途。

技術總結
本發(fā)明屬于光催化技術領域，公開了一種硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑的制備方法與應用。制備步驟為：(1)制備介孔二氧化硅(mesop?SiO<subgt;2</subgt;)；(2)制備硫鎘鋅量子點(ZnCdS?QDs)；(3)MUA修飾的硫鎘鋅量子點；(4)將硫鎘鋅量子點和介孔二氧化硅按照比例復合得到硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅(MUA?ZnCdS?QDs/mesop?SiO<subgt;2</subgt;)復合光催化劑。本發(fā)明制得的硫鎘鋅量子點/介孔二氧化硅復合光催化劑利用介孔二氧化硅高比面積能夠捕獲CO<subgt;2</subgt;的優(yōu)勢，與硫鎘鋅量子點具有合適能帶位置的優(yōu)勢，實現(xiàn)了對CO<subgt;2</subgt;的高效轉化。本發(fā)明操作簡便，有效地實現(xiàn)了將CO<subgt;2</subgt;轉化為可再生燃料的目的。

技術研發(fā)人員：嚴俊志,沈文靜,齊琪,閆研,霍鵬偉,朱志
受保護的技術使用者：江蘇大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6