肼的用途、稳定硫化镉的方法、硫化镉光电阳极及制备方法，以及光电化学电解池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种肼的用途、稳定硫化镉的方法、硫化镉光电阳极及制备方法，以及光电化学电解池，通过在电解液中加入肼或者肼的类似物，大幅度地提高CdS的稳定性，平均可以保持1?30个小时。
【专利说明】肼的用途、稳定硫化镉的方法、硫化镉光电阳极及制备方法， 以及光电化学电解池 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光电催化技术在污水处理中的方法，特别涉及一种肼的用途、稳 定硫化镉光阳极的方法，以及硫化镉光电阳极的制备方法。 【【背景技术】】
[0002] 随着能源的危机和环境污染是世界面对的两个严重的问题，寻找一种可再生环保 能源去解决这些问题迫在眉睫。
[0003] 近年来，新型可见光响应光催化材料的开发利用成为研究热点，在环境污染控制、 可持续能源开发利用方面具有重要意义。有许多的研究人员把目标都转向了半导体光催化 剂，因为它们有解决能源和环境问题的潜能，许多报告光催化剂被利用在水裂解产氢作为 清洁能源来源，和降解有机污染物。然而，大多数催化剂的报告吸收光响应只在紫外光下进 行，可是他们的效率远远达不到我们实际需要的应用。于是目前发展催化剂在可见光下响 应仍然是一个很大的挑战，但是我们仍然期待利用可见光，因为他占据太阳光谱的一半左 右。
[0004] 与目前最为常用的宽带隙的TiO2半导体光催化材料相比，硫化镉(CdS)具有较小 的禁带宽度(2.42eV)，能够吸收波长小于520nm的紫外和可见光，另外，CdS具有较负的导带 带边位置，因此被认为是一种在可见光光催化方面具有一定应用潜力的半导体光催化剂， 同时也是一个简单的、最有可能扩展利用在可见光太阳辐射的催化剂，然而，CdS本身的效 率却十分低、光腐蚀强、稳定性较差。
[0005] 当CdS用作光阳极时，其将浸泡在惰性的电解液中，在该电解液，水将会发生氧化 还原反应，而电解质本身不会发生氧化还原反应，常用的电解质为硫酸钠。因为CdS的不稳 定性，因此，CdS非常容易被氧化，尤其是其中的硫离子，CdS在硫酸钠的电解液中最多保持5 分钟。为此，本领域技术人员猜测，如果在电解液中加入比硫离子更易氧化的物质，那么将 会减少或避免CdS的被氧化，在该思路下，人们发现，如果在电解液中加入硫化钠或亚硫酸 钠，那么会使CdS在电解液中保持的时间由5分钟延长到10分钟左右。然而该保持时间远远 不能达到实际的需要。
[0006] 鉴于以上技术问题，实有必要提供一种肼的用途、稳定硫化镉的方法、硫化镉光电 阳极及制备方法，以及光电化学电解池，以解决以上技术问题。 【
【发明内容】
】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种肼的用途、稳定硫化镉的方法、硫化镉光 电阳极及制备方法，以及光电化学电解池，以解决硫化镉的稳定性问题。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种稳定硫化镉的方法，所述的硫化镉用作光电阳极，在光电阳极的电解液内加 入有如下通式的物质A:
[0010] ' Cm' 其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一个!1，且1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪 ? 烃取代基或芳香烃取代基。
[0011] 当支持电解质溶液中添加物质A后，电解液为中性到碱性溶液。
[0012] 当支持电解质溶液中添加物质A后，电解液的pH为6-14。
[0013] -种CdS光电阳极的制备方法，首先在电极上制备CdS，然后配制惰性的电解液溶 液，最后在该电解液中加入通式为以下的物质A:
[0014] 敗[一 ? 烃取代基或芳香烃取代基。
[0015] 所述的CdS的制备方法为:将洗净的导电基底放入镉源溶液和硫源溶液中，在水热 反应釜内160 °C~250 °C下发生水热反应，最后干燥即可。
[0016] 所述干燥是在35 °C~50 °C的干燥箱内进行。
[0017] -种CdS光电阳极，该CdS光电阳极在含有物质A的电解液溶液中，稳定性可以达到 1~30个小时，所述的物质A通式如下：
[0018] R2,:::心一 T 烃取代基或芳香烃取代基。
[0019]当物质A为肼时，CdS光电阳极的稳定性达到30个小时。
[0020] -种光电化学电解池，光照的条件下，工作电极为生长于导电基底上的CdS、对电 极为铂丝，测试用溶液为添加有如下通式物质A的电解液： ?.??、. m
[0021] n;N - Μ:::;其中，尺1、1?2、1?、1?4中至少有一个!1，且1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪 9. 烃取代基或芳香烃取代基。
[0022] 进一步包括有参比电极，该参比电极为Ag/AgCl或甘萊。
[0023] -种肼或其类似物的用作CdS溶液稳定剂的用途，所述肼或其类似物表达为以下 通式： \ ? >>< >
[0024] 一…其中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少有一个!1，且1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪 ，. 烃取代基或芳香烃取代基。
[0025] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果:本发明通过在电解液中加入肼 或者肼的类似物，大幅度地提高CdS的稳定性，最典型的是在含有肼溶液中至少可以维持30 个小时。 【【附图说明】】
[0026] 图1为本发明光电催化稳定CdS光阳极三电极装置图。
[0027]图2为本发明制备的CdS的XRD图。
[0028] 图3为本发明用三电极测试硫化镉在不含物质A溶液中的电流-时间图。
[0029] 图4为本发明是三电极测试硫化镉在肼溶液中的电流-时间图。
[0030] 图5为本发明是三电极测试硫化镉在苯肼溶液中的电流-时间图。
[0031 ]图6为本发明是三电极测试硫化镉在偏二甲肼溶液中的电流-时间图。 【【具体实施方式】】
[0032] 本发明通过在电解液中加入肼或者肼的类似物，大幅度地提高CdS的稳定性，特别 是在含有肼的溶液至少可以维持30个小时。肼的类似物包括但不限于:苯肼或偏二甲肼，该 肼及其类似物的通式如下：
[0033]
[0034] 其中，1?1、1?2、1?3、1?4可以为：1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪烃取代基或芳香烃取代基，且 尺1、1?2、1?3、1?4中至少有一个!1。
[0035] R1、R2、R3、R4可以选择以下物质：
[0037]制备CdS光电阳极方法：
[0038] 步骤一、清洗FTO:用丙酮，异丙醇，无水乙醇，超纯水各超声15min;
[0039] 步骤二、配置含有0 · 386g硝酸镉和0 · 286g硫脲溶液IOOmL;
[0040]步骤三、在水热条件温度为210°C_230°C，让步骤二的溶液发生水热反应14.5h; [00411步骤四、让水热釜自然冷却，用超纯水轻微的冲洗，然后在温度为30°C~50°C的干 燥箱中干燥I Om i n-20m i η，制的CdS光电阳极。
[0042 ] 步骤五、将步骤四制备的CdS在0.1 - lmo I /L硫酸钠的溶液（I OOmL )，同时在光照的 条件下，电化学站:供三电极系统检测CdS的电流-时间图（0.75V)。
[0043] 利用该方法制备的CdS电流-时间曲线和XRD如下图2和图3,由图中可知，在60sec 时，电流已经下降至〇.5mA/cm2以下。
[0044] 以下结合具体实施例对本发明制备方法做详细描述：
[0045] 实施例1
[0046] 本实施例稳定CdS光电阳极在肼溶液的方法包括以下步骤：
[0047] 步骤一、用去离子水配置0.1-lmol/L的硫酸钠溶液。
[0048]步骤二、在步骤一中的溶液加入0.1-3mol/L的肼搅拌，配置含肼电解质溶液(pH = 10.6)〇
[0049]步骤三、用电化学工作站三电极系统：工作电极为CdS光电阳极、对电极为铂丝、参 比电极是Ag/AgCl，同时在光照的条件下，测试CdS在肼溶液下的电流时间曲线(0.75V)。 [0050]本实施例稳定CdS光电阳极在肼溶液的电流-时间曲线如图4所示，由图可知，在30 小时，电流由7 · 2mA/cm2降低到6 · 4mA/cm2 ο [0051 ] 实施例2
[0052]本实施例稳定CdS光电阳极在苯肼溶液的方法包括以下步骤：
[0053] 步骤一、用超纯水配置0.1-lmol/L的硫酸钠溶液。
[0054]步骤二、在步骤一中的溶液加入0.1-3mol/L的苯肼搅拌，然后再加入氢氧化钠调 节pH为10.6(与肼的pH保持一致），配置含苯肼电解质溶液。
[0055]步骤三、用电化学工作站三电极系统：工作电极为CdS光电阳极、对电极为铂丝、参 比电极是Ag/AgCl，同时在光照的条件下，测试CdS在苯肼溶液下的电流-时间图（0.75V)。
[0056] 本实施例稳定CdS光电阳极在苯肼的电流-时间曲线如图5,由图可知，在255sec 时，电流由3 · 5mA/cm2降低到1 · 5mA/cm2 〇
[0057] 实施例3
[0058]本实施例稳定CdS光电阳极在偏二甲肼溶液的方法包括以下步骤：
[0059] 步骤一、用超纯水配置0.1-1.5mol/L的硫酸钠溶液。
[0060]步骤二、在步骤一中的溶液加入0.1_3m〇l/L的偏二甲肼搅拌，然后同样调节pH为 10.6(与肼的pH保持一致），配置含偏二甲肼电解质溶液。
[0061 ]步骤三、用电化学工作站三电极系统：工作电极为CdS光电阳极、对电极为铂丝、参 比电极是Ag/AgCl，同时在光照的条件下，测试CdS在偏二甲肼溶液下的电流-时间图 (0.75V)。
[0062]本实施例稳定CdS光电阳极在偏二甲肼的电流-时间曲线如图6，由图可知，在 5000sec 时，电流从 6 · OmA/cm2 降低至 4 · 5mA/cm2。
[0063]由以上可知，当在电解液中加入肼或者肼的类似物后，溶液的电流并未发生明显 降低，由此验证了 CdS的稳定性大大得到了提高。
[0064]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案 的保护范围内。
【主权项】
1. 一种稳定硫化镉的方法，所述的硫化镉用作光电阳极，其特征在于:在光电阳极的电 解液内加入有如下通式的物质A:其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一个!1，且1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪烃取代 基或芳香烃取代基。2. 根据权利要求1所述的一种稳定硫化镉的方法，其特征在于：当支持电解质溶液中添 加物质A后，电解液为中性到碱性溶液。3. -种CdS光电阳极的制备方法，其特征在于:首先在电极上制备CdS，然后配制惰性的 电解液溶液，最后在该电解液中加入通式为以下的物质A:其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一个!1，且1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪烃取代 基或芳香烃取代基。4. 根据权利要求3所述的一种CdS光电阳极的制备方法，其特征在于:所述的CdS的制备 方法为:将导电基底清洗干净后，将镉源溶液和硫源溶液在水热反应釜内于160 °C~250°C 下发生水热反应，最后干燥即可。5. 根据权利要求4所述的一种CdS光电阳极的制备方法，其特征在于:所述干燥是在35 °C~50°C的干燥箱内进行。6. -种CdS光电阳极，其特征在于:该CdS光电阳极在含有物质A的电解液溶液中，稳定 性可以达到1~30个小时，所述的物质A通式如下：其中，Rl、R2、R3、R4中至少有一个Η，且R1、R2、R3、R4为Η、脂肪烃取代 基或芳香烃取代基。7. 根据权利要求6所述的一种CdS光电阳极，其特征在于：当物质Α为肼时，CdS光电阳极 的稳定性达到30个小时。8. -种光电化学电解池，其特征在于:光照的条件下，工作电极为生长于导电基底上的 CdS、对电极为铂丝，测试用溶液为添加有如下通式物质A的电解液：其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一个!1，且1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪烃取代 j 基或芳香烃取代基。9. 根据权利要求8所述的一种光电化学电解池，其特征在于:进一步包括有参比电极， 该参比电极为Ag/AgCl或甘汞。10. -种肼或其类似物的用作CdS溶液稳定剂的用途，所述肼或其类似物表达为以下通 式：其中，1?1、1?2、1?、1?4中至少有一个!1，且1?1、1?2、1?3、1?4为!1、脂肪烃取代 基或芳香烃取代基。
【文档编号】C02F1/30GK105923710SQ201610243666
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】李远刚, 史永宏, 李华静, 杨淑莉, 周安宁
【申请人】西安科技大学