一种镉掺杂硫化锌/氮化碳的制备方法与流程

本发明属于功能材料领域，涉及一种镉掺杂硫化锌/氮化碳的制备方法。

背景技术：

近年来，在应对环境污染的各种技术当中，光催化技术已经成为了最有前途的技术之一。光催化技术是通过直接吸收太阳光中的能量，进行一些重要的光电化学反应，使太阳能直接的分解水中的污染物或者变成高效的化学能源，能够有效的缓解甚至解决环境危机，这一点，受到全世界范围内的科研工作者和政府部门的广泛关注。

光催化反应中光生电子-空穴迁移至催化剂表面进行氧化还原反应的数目决定了材料的光催化效率。这也就是说，光催化材料催化活性的主要取决于以下几点：(1)电子-空穴对的复合率。电子-空穴对的复合率决定了光催化活性的高低，所以我们要采取措施，使光生电子-空穴对尽量分离开，从而使尽可能多的电子-空穴跃迁至催化剂表面发生氧化还原反应。(2)催化剂的晶体构型。一般情况下，大的颗粒尺寸会使电子-空穴对迁移距离增加，低的结晶性使电子-空穴对迁移缓慢，两者均不利于提高电子-空穴对的分离效率。(3)催化剂表面发生的化学反应。应该最大限度的避免发生副反应，使电子-空穴对跃迁至表面，只能够发生特定的反应。(4)光催化材料的带隙宽度。光催化材料的带隙宽度越窄，越容易被激发；反之，越不容易被激发。(5)比表面积的影响。比表面积大，在一定程度上增加了电子-空穴对复合率，使光催化剂活性降低。(6)环境因素。其中包括光强、光源、ph值、催化剂浓度、温度等。

单一的g-c3n4空穴-电子复合率高，使得光催化活性比较低，为了抑制这种复合，我们对其进行改性，但是改性之后还在面临着以下的挑战^[13]：(1)石墨相氮化碳对可见光的利用有限，它对可见光的吸收主要集中在蓝紫光范围内,所以即使当前已经有许多对其进行改性的方法,光催化性能仍然不是很高。(2)对g-c3n4进行化学掺杂时难以精确控制，容易引进杂质。并且所能进行的改性方法都有一定的弊端，与其复合的物质大都含有ti、zn、sm、ag等贵重金属，这样做不仅对水体有一定的污染，而且价格十分昂贵。(3)虽然这样做可以使产物更加的精确化，但是复合反应的转化率低，反应耗费的时间较长。(4)在实验室中合成的g-c3n4往往含有大量的缺陷,结晶度低,而且光催化材料在水中的分散性差，会制约材料的光催化性能。

金属硫化物和硫化物固溶体有合适的带隙，可以响应太阳光，做良好的光催化剂。znxcd1-xs作为zns和cds的固溶体，受到了广泛的关注，在没有在贵金属作助催化剂的条件下，具有良好的光催化性能。本发明将g-c3n4与znxcd1-xs复合提供一种制备高效的光催化材料制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对所述存在的问题，提供一种镉掺杂硫化锌/氮化碳的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

步骤1，称取一定量的三聚氰胺于坩埚中，在坩埚上加盖做成半封闭模式，以10℃∙min^-1的升温速率，在520℃下煅烧5h，待冷却至室温后，用研钵研磨成粉末；

步骤2，称取一定量的硫脲、一定量的氮化碳放入三孔瓶中，将一定量乙酸锌和氯化镉加入到75ml去离子水中，本步骤中持续进行超声分散处理，超声分散的功率为10~50w/h，超声分散的时间为5~15min；

步骤3，持续向溶液以15~35ml/min的速度通入n2，并用1mol/l的naoh调节ph至13左右，搅拌30min，继续在80℃下水浴6h，将沉淀用离心机离心分离、烘干，用研钵研磨成粉末，得到镉掺杂硫化锌/氮化碳。

所述的镉掺杂硫化锌/氮化碳的制备方法与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用软化学技术制备了镉掺杂硫化锌/氮化碳，通过使用简单的超声分散技术和合理控制掺杂比例实现了镉掺杂硫化锌/氮化碳量子点与氮化碳的有效复合。本发明具有制备过程简单，易于操控，设计新颖，生产成本低，反应时间短，光催化效率高等特点。

附图说明

图1是本发明实施例1-5中制备试样的xrd衍射图谱。

图2是本发明对比例1中制备的试样的tem图。

图3是本发明实施例4中制备的试样的tem图。

图4是本发明实施例1-5中制备试样的pl光谱分析。

图5是本发明实施例1-5中制备试样的光催化曲线。

图6是本发明对比例1中制备试样的光催化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述，原料均为分析纯。

实施例1：

步骤1，称取15克的三聚氰胺于坩埚中，在坩埚上加盖做成半封闭模式，以10℃∙min^-1的升温速率，在520℃下煅烧5h，待冷却至室温后，用研钵研磨成粉末；

步骤2，称取0.7612g硫脲、0.920g氮化碳放入三孔瓶中，将1.8348克乙酸锌加入到75ml去离子水中，本步骤中持续进行超声分散处理，超声分散的功率为10~50w/h，超声分散的时间为5~15min；

步骤3，持续向溶液以15~35ml/min的速度通入n2，并用1mol/l的naoh调节ph至13左右，搅拌30min，继续在80℃下水浴6h，将沉淀用离心机离心分离、烘干，用研钵研磨成粉末，得到硫化锌/氮化碳。

实施例2：

步骤1，称取15克的三聚氰胺于坩埚中，在坩埚上加盖做成半封闭模式，以10℃∙min^-1的升温速率，在520℃下煅烧5h，待冷却至室温后，用研钵研磨成粉末；

步骤2，称取0.7612g硫脲、0.920g氮化碳放入三孔瓶中，将1.3761克乙酸锌和0.4583克氯化镉加入到75ml去离子水中，本步骤中持续进行超声分散处理，超声分散的功率为10~50w/h，超声分散的时间为5~15min；

步骤3，持续向溶液以15~35ml/min的速度通入n2，并用1mol/l的naoh调节ph至13左右，搅拌30min，继续在80℃下水浴6h，将沉淀用离心机离心分离、烘干，用研钵研磨成粉末，得到镉掺杂硫化锌/氮化碳。

实施例3：

步骤1，称取15克的三聚氰胺于坩埚中，在坩埚上加盖做成半封闭模式，以10℃∙min^-1的升温速率，在520℃下煅烧5h，待冷却至室温后，用研钵研磨成粉末；

步骤2，称取0.7612g硫脲、0.920g氮化碳放入三孔瓶中，将0.9174克乙酸锌和0.9166克氯化镉加入到75ml去离子水中，本步骤中持续进行超声分散处理，超声分散的功率为10~50w/h，超声分散的时间为5~15min；

步骤3，持续向溶液以15~35ml/min的速度通入n2，并用1mol/l的naoh调节ph至13左右，搅拌30min，继续在80℃下水浴6h，将沉淀用离心机离心分离、烘干，用研钵研磨成粉末，得到镉掺杂硫化锌/氮化碳。

实施例4：

步骤1，称取15克的三聚氰胺于坩埚中，在坩埚上加盖做成半封闭模式，以10℃∙min^-1的升温速率，在520℃下煅烧5h，待冷却至室温后，用研钵研磨成粉末；

步骤2，称取0.7612g硫脲、0.920g氮化碳放入三孔瓶中，将0.4587克乙酸锌和1.3749克氯化镉加入到75ml去离子水中，本步骤中持续进行超声分散处理，超声分散的功率为10~50w/h，超声分散的时间为5~15min；

步骤3，持续向溶液以15~35ml/min的速度通入n2，并用1mol/l的naoh调节ph至13左右，搅拌30min，继续在80℃下水浴6h，将沉淀用离心机离心分离、烘干，用研钵研磨成粉末，得到镉掺杂硫化锌/氮化碳。

实施例5：

步骤1，称取15克的三聚氰胺于坩埚中，在坩埚上加盖做成半封闭模式，以10℃∙min^-1的升温速率，在520℃下煅烧5h，待冷却至室温后，用研钵研磨成粉末；

步骤2，称取0.7612g硫脲、0.920g氮化碳放入三孔瓶中，将1.8332克氯化镉加入到75ml去离子水中，本步骤中持续进行超声分散处理，超声分散的功率为10~50w/h，超声分散的时间为5~15min；

步骤3，持续向溶液以15~35ml/min的速度通入n2，并用1mol/l的naoh调节ph至13左右，搅拌30min，继续在80℃下水浴6h，将沉淀用离心机离心分离、烘干，用研钵研磨成粉末，得到镉掺杂硫化锌/氮化碳。

对比例1

步骤1，称取15克的三聚氰胺于坩埚中，在坩埚上加盖做成半封闭模式，以10℃∙min^-1的升温速率，在520℃下煅烧5h，待冷却至室温后，用研钵研磨成粉末；

步骤2，称取0.7612g硫脲、0.920g氮化碳放入三孔瓶中，将0.4587克乙酸锌和1.3749克氯化镉加入到75ml去离子水中，以20~120r/min的速度进行搅拌替代超声分散；

步骤3，持续向溶液以15~35ml/min的速度通入n2，并用1mol/l的naoh调节ph至13左右，搅拌30min，继续在80℃下水浴6h，将沉淀用离心机离心分离、烘干，用研钵研磨成粉末，得到镉掺杂硫化锌/氮化碳。

应用例：

称量实施例1～5中和对比例1所制得的试样分别取光催化剂100mg，将其加入到亚甲基蓝染料溶液中(100ml，10mg·l^-1)，避光搅拌1h，待脱吸附达到平衡后打开500w氙灯光源，每隔30min检测一次染料的浓度，在给定时间内表征出所制备材料对亚甲基蓝的催化脱色情况。

通过以上实施例和对比例对比发现，通过在制备过程中合理调节和使用超声分散、通过合理控制掺杂浓度能够大幅度改善复合材料的光催化特性和微观结构特征。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应属本发明的保护范围。