S表面被C3N4均匀包覆，且与C 3N4形成紧密结合。
[0032]图5为实施例1中CdS(a)、C3N4-CdS(b)和C3N4(c)光催化材料的FTIR图谱。从图中可以看出，样品(a)、(c)所表现出的吸收光谱分别与标准的CdS和C3N4吸收光谱相一致，而样品(b)所出现的吸收峰位能够较好的归因于CdS与C3N4的结合，虽然其强度由于含量不同而有所区别。因此，结合TEM和FTIR的结果分析，可以得出三聚氰胺在经高温热处理后，可成功的原位转化为C3N4并牢固结合在CdS表面。
[0033]图6为实施例1中CdS(a)和C3N4_CdS(b)光催化材料的活性性能。从图中可以看出，单独的CdS制氢性能较理想，其产氢效率为2258 μ mol IT1g'经C3N4成功负载后，CdS的光催化性能得到较大的增强，其产氢效率达到5303 μmol Pg'同时，经4次光催化循环反应后，C3N4-CdS光催化剂制氢性能的失活率(12%)远低于纯CdS的失活性能(23%)，说明经C3N4修饰后，CdS的光催化稳定性可得到显著提升。
[0034]图7为实施例1中C3N4-CdS光催化材料的光催化机理图。由于C3N4和CdS两者间相互匹配的能带结构，CdS的光生空穴在内电场的作用下能够快速转移至C3N4的价带位置，而C3N4的光生电子在内电场的作用下能够有效转移至CdS的导带位置，因而光生载流子的复合几率可大大减小；同时，由于C3N4是三聚氰胺分子在高温下通过原位转变而成，因而CdS与C3N4间的界面强耦合作用更有利于光生载流子的界面传输与快速分离，更有利于光催化性能的提尚。
[0035]实施例2:
[0036]为了检验三聚氰胺浓度对C3N4-CdS光催化剂光催化性能的影响，除三聚氰胺浓度不同以外，其他反应条件如水浴反应温度(85°C)、搅拌时间(2h)、干燥温度(80°C)、煅烧温度(550°C )、煅烧时间(0.5h)等均与实施例1相同。结果表明:当三聚氰胺浓度为0.0OOlg/mL时，由于三聚氰胺浓度太低，获得的C3N4-CdS光催化剂中C3N4含量较低，光催化产氢性能提升不明显，其性能为2310 μ mol IT1g-1;当三聚氰胺浓度分别为0.0005,0.002和0.05g/mL时，获得的C3N4-CdS光催化剂的光催化性能提升明显，都在5000-5500 ymol IT1 g—1;当三聚氰胺溶液浓度为0.lg/mL时，由于三聚氰胺固体不能完全溶解，实验无法获得表面均匀分布的C3N4-CdS光催化剂。因此，在C3N4-CdS光催化剂的制备过程中，最佳三聚氰胺浓度为0.0005-0.05g/mL。
[0037]实施例3:
[0038]为了检验水浴温度对C3N4-CdS光催化剂光催化性能的影响，除水浴温度不同以夕卜，其他反应条件如三聚氰胺浓度(0.002g/mL)、搅拌时间(2h)、干燥温度(80°C )、煅烧温度(550°C)、煅烧时间(0.5h)等均与实施例1相同。结果表明:当三聚氰胺溶液水浴温度为30°C时，三聚氰胺固体基本不能溶解，故无法获得表面均匀分布的C3N4-CdS光催化剂；当三聚氰胺溶液水浴温度分别为60、85和100°C时，能够获得均匀的三聚氰胺溶液，因而可获得表面均匀分布的C3N4-CdS光催化剂。因此，在C3N4-CdS光催化剂的制备过程中，最佳水浴温度为60-100 °C。
[0039]实施例4:
[0040]为了检验搅拌时间对C3N4-CdS光催化剂光催化性能的影响，除搅拌时间不同以夕卜，其他反应条件如三聚氰胺浓度(0.002g/mL)、水浴反应温度(85°C )、干燥温度(80°C )、煅烧温度(550°C )、煅烧时间(0.5h)等均与实施例1相同。结果表明:当搅拌吸附时间为0.5h时，三聚氰胺未完全溶解，导致CdS表面对三聚氰胺的吸附量偏低，获得的C3N4-CdS光催化剂中C3N4含量较低，光催化性能提升不明显；当搅拌吸附时间为l_2h时，三聚氰胺能够完全溶解并吸附在CdS表面，可获得均匀的C3N4-CdS复合光催化剂，使得其光催化性能得到明显提高；当搅拌吸附时间为5h时，三聚氰胺虽然能够完全吸附在CdS表面，但所制备的C3N4-CdS复合光催化剂的产氢性能基本没有变化。因此，在C3N4-CdS光催化剂的制备过程中，最佳搅拌吸附时间为1-2h。
[0041]实施例5:
[0042]为了检验干燥温度对C3N4-CdS光催化剂光催化性能的影响，除干燥温度不同以夕卜，其他反应条件如三聚氰胺浓度(0.002g/mL)、水浴反应温度(85°C)、搅拌时间(2h)、煅烧温度(550°C )、煅烧时间(0.5h)等均与实施例1相同。结果表明:当干燥温度为30°C时，溶液中的三聚氰胺小分子会以固体形式逐渐从溶液中析出，导致三聚氰胺固体在CdS表面不均匀沉积，使其光催化性能提升不明显；当干燥温度为80-100°C时，一方面三聚氰胺分子可均匀溶解在溶液中，并伴随着水的蒸发逐渐且均匀地分散到CdS表面，另一方面较高的温度更有利于水的快速挥发以提高制备效率。因此，在C3N4-CdS光催化剂的制备过程中，最佳干燥温度为80-100 °C。
[0043]实施例6:
[0044]为了检验煅烧温度对C3N4-CdS光催化剂光催化性能的影响，除煅烧温度不同以夕卜，其他反应条件如三聚氰胺浓度(0.002g/mL)、水浴反应温度(85°C)、搅拌时间(2h)、干燥温度(80°C )、煅烧时间(0.5h)等均与实施例1相同。结果表明:当煅烧温度为250°C时，由于三聚氰胺分子不能有效转化为C3N4,不能获得高效的C3N4-CdS光催化剂；当温度为400-600°C时，三聚氰胺能够成功的转化为C3N4,同时，较高的热处理温度能够增强C3N4与CdS间的界面结合力，使其光催化性能得到进一步提高，其产氢效率都达到5000 μπιΟ1Pg、当温度为850°C时，由于C 3N4的热稳定性有限，易于分解形成有机小分子而损失。因此，在C3N4-CdS光催化剂的制备过程中，最佳煅烧温度为400-600°C。
[0045]实施例7:
[0046]为了检验煅烧时间对C3N4-CdS光催化剂光催化性能的影响，除煅烧时间不同以夕卜，其他反应条件如三聚氰胺浓度(0.002g/mL)、水浴反应温度(85°C)、搅拌时间(2h)、干燥温度(80°C )、煅烧温度(550°C )等均与实施例1相同。结果表明:当煅烧时间为0.1h时，三聚氰胺未完全转化为C3N4,获得的C3N4-CdS光催化材料中还含有未转化的三聚氰胺，引起光催化性能的明显降低；当煅烧时间为0.5-2h时，三聚氰胺能够顺利转化为C3N4,可获得表面均匀负载C3N4的CdS光催化剂，其产氢效率可达到5000 μ mol h ?当煅烧时间为5h时，所制备的C3N4-CdS光催化材料的产氢性能下降到4150 μ mol IT1 g—1，可能原因是煅烧时间过长会引起C3N4与CdS间的相互扩散，从而形成新的复合中心。因此，在C3N4-CdS光催化剂的制备过程中，最佳煅烧时间为0.5-2h。
【主权项】
1.高效C3N4-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法，其特征在于包括以下步骤:1)将三聚氰胺分散于去离子水中，形成均匀溶液，其中三聚氰胺浓度为0.0001-0.1g/mL ； 2)将0.2g硫化镉粉末均匀分散到步骤I)配置的9mL三聚氰胺溶液中，于30-100°C恒温水浴中充分搅拌0.5-5h，使三聚氰胺均匀吸附于硫化镉粉末表面； 3)将步骤2)所得的表面均匀吸附三聚氰胺的硫化镉悬浮液转移至鼓风干燥箱中于30-100°C恒温干燥，使水分完全蒸发并最终获得三聚氰胺修饰的硫化镉粉体； 4)将步骤3)得到的表面均匀负载三聚氰胺的硫化镉粉体置于管式炉中，在氮气气氛下于250-850°C煅烧0.l-5h，即获得高效C3N4-CdS复合光催化材料。
2.根据权利要求1所述的高效C3N4-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法，其特征在于步骤I)所述的三聚氰胺浓度为0.0005-0.05g/mL。
3.根据权利要求1所述的高效C3N4-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法，其特征在于步骤2)所述的水浴温度为60-100°C，搅拌时间为l_2h。
4.根据权利要求1所述的高效C3N4-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法，其特征在于步骤3)所述的干燥温度为80-100°C。
5.根据权利要求1所述的高效C3N4-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法，其特征在于步骤4)所述的煅烧温度为400-600°C，煅烧时间为0.5-2h。
【专利摘要】本发明涉及高效C3N4-CdS复合光催化材料的原位转变制备方法，包括以下步骤：1)将三聚氰胺分散于去离子水中，形成均匀溶液；2)将硫化镉粉末均匀分散到三聚氰胺溶液中，充分搅拌，使三聚氰胺均匀吸附于硫化镉粉末表面；3)转移至鼓风干燥箱中干燥，获得三聚氰胺修饰的硫化镉粉体；4)置于管式炉中，煅烧，即获得高效C3N4-CdS复合光催化材料。本发明的有益效果在于：本发明提出一种简单、高效和绿色的原位转变法来合成表面均匀负载C3N4的CdS光催化材料；更有利于光生载流子的界面传输与快速分离，更有利于光催化性能的提高。此外，该合成方法操作十分简单、设备要求低。
【IPC分类】B01J27-24
【公开号】CN104624219
【申请号】CN201510065297
【发明人】余火根, 陈丰云, 陈 峰, 余家国
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月9日