专利名称：具有可见光响应的锌掺杂硒化镉光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化剂，特别是涉及一种具有可见光响应的光催化剂。本发明还涉及上述催化剂的制备方法。本发明还涉及上述催化剂的用途。
背景技术：
21世纪全球性环境污染和能源危机日趋严重，如何有效开发利用太阳能来治理 环境污染，缓解能源危机，从而实现可持续发展，已成为当今世界各国急需解决的问题。半 导体多相光催化技术是一种新兴的高级氧化技术，近年来已成为水污染控制领域的研究热 点。光催化的研究起源于1972年，日本Fujishima和Honda在Nature杂志上报到，发现在 光辐射的二氧化钛半导体电极和金属电极所组成的电池中，可持续发生氧化还原反应，产 生氢气，这一发现表明，半导体电极可以将光能转化成化学能。从那时起，来自化学、物理、 材料等领域的许多科学家围绕太阳能的转化和储存、光化学合成，进行了大量研究，探索其 发生机理，致力于提高光催化效率。随后光催化氧化技术迅速发展，已逐渐被用于太阳能电 池、污水处理、防雾、自清洁涂层和抗菌材料等多种领域，尤其在污水处理方面的发展前景 更为广阔。硒化镉是禁带宽度为1. 7eV的直接带隙半导体材料，具有立方闪锌矿和六方纤锌 矿两种晶体结构，其中立方相结构为亚稳态，只能存在于较低温度，高温时转变为六方相结 构。硒化镉在常温下可同时存在立方和六方两种晶相。硒化镉纳米晶是半导体纳米晶中研 究最广泛，应用前景最好的一类II-VI族半导体纳米晶，由于其具有重要的非线性光学性 质，发光性质及其他物理化学特性而备受世人的瞩目。作为一种非常重要的半导体材料，已 经在各种发光装置，激光与红外探测器件，红外窗口与非线性光学材料和光敏传感器等领 域展示了广阔的应用前景。特别是硒化镉能很好地吸收可见光，因而它是光化学催化剂的 首选材料。目前文献报道的硒化镉制备方法主要有以下几种一是水热/溶剂热法水热法 是指在高压釜中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热到临界温度(或接近临 界温度)，在体系中产生高压环境，从而进行无机合成和材料制备的方法；溶剂热法是以有 机溶剂代替水形成新的溶剂体系。二是胶体化学法是在无水无氧的条件下，将反应前体注 入到高沸点的表面活性剂中，通过控制反应温度控制纳米晶的成核与生长过程。三是水相 合成法基本原理是在水中加入稳定剂(如巯基化合物)，通过水相离子交换反应得到纳米 粒子。水相合成法操作简单，毒性小，成本低。另外，还有热解有机金属化合物法、溶胶凝胶 法等。
发明内容
本发明的意义在于提供一种具有可见光响应的光催化剂，这种锌掺杂硒化镉光催 化剂，既能有效的被可见光激发，又能保持良好的稳定性和较高的催化活性，同时制备工艺简单、成本低廉。本发明提供的光催化剂是由锌和硒化镉颗粒组成，其特征在于该催化剂是由锌和 硒化镉组成。锌离子和镉离子的摩尔比为0. 0001 1 1，硒化镉粒子直径在1个纳米到 10微米之间。本发明的具有可见光响应的锌掺杂硒化镉光催化剂的制备方法如下按0.0001 1 1的摩尔比将一定量的可溶性镉盐和锌盐溶于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，充分搅勻后，装入70ml的 高压反应釜中，在110 180°C的烘箱中反应3 24个小时。反应结束后，自然冷却至室 温，收集沉淀抽虑、洗涤、干燥，最后得到锌掺杂硒化镉光催化剂。本发明的具有可见光响应的光催化剂可用于空气、废水、地表水及饮用水中的有 机污染物和重金属离子的光催化处理。以下具体说明本发明的效果。在可见光辐射下降解亚甲基蓝的光催化活性测试具 体方法和条件如下催化剂的光催化氧化活性是在自制的光催化反应器中进行。采用300W氙灯(λ > 420nm)为辐射光源，反应液为250mL IOmg · Γ1的亚甲基蓝水溶液，催化剂加入量为1. Ogo 在剧烈的搅拌下每隔一定时间抽取少量反应液，在665nm处测定溶液吸光度。再根据亚甲 基蓝的浓度_吸光度标准曲线确定溶液浓度。
具体实施方案实施方案1将0. Olmol的乙酸锌和0. Olmol的氯化镉溶于20ml氨水中，搅拌均勻后加入含有 0. 02mol硒粉的水合胼溶液，剧烈搅拌15min后，将全部溶液转入70ml反应釜中，在110°C 反应10h，反应结束后，将釜冷却至室温，收集沉淀、抽滤、用一定量的蒸馏水和无水乙醇洗 涤数次后，在80°c真空干燥6h，得到催化剂。实施方案2
将实施方案1中的氯化镉变为乙酸镉，其它条件不变。
实施方案3
将实施方案1中乙酉髮锌的摩尔数变为0. 005mol，其它条件不变。
实施方案4
将实施方案1中乙酉髮锌的摩尔数变为0. OOlmol，其它条件不变。
实施方案5
将实施方案1中的反应温度变为120°c，其它条件不变。
实施方案6
将实施方案1中的反应温度变为130°C，其它条件不变。
实施方案7
将实施方案1中的反应温度变为140°C，其它条件不变。
实施方案8
将实施方案1中的反应时间变为20h，其它条件不变。
实施方案9
4
将实施方案1中的反应时间变为15h，其它条件不变。本发明所制得的光催化剂可负载于载体上，本发明不限于以上实施方案。对实施方案中所得光催化剂进行了可见光照射下的光催化反应测试，具体结果如 表1。表1锌掺杂硒化镉光催化剂的催化性能
样品编号可见光辐射Ih 亚甲基蓝降解率实施方案196%实施方案293%实施方案389%实施方案482%实施方案593%实施方案690%实施方案786%实施方案885%实施方案989%
权利要求
一种可见光响应的锌掺杂硒化镉光催化剂，其特征在于该光催化剂的成份是锌和硒化镉；锌离子与镉离子的摩尔比为0.001～1∶1；硒化镉直径在1个纳米到10微米之间。
2.根据权利要求1的一种光催化剂，其特征在于光反应在可见光、紫外光和太阳光下 进行。
3.一种制备权利要求1所述光催化剂的方法中，其特征在于所述的镉盐和锌盐为可溶性二价盐。
4.一种制备权利要求1所述光催化剂的方法，采用水热法生产工艺，其特征在于该方 法中的反应温度为110 180°C，保温时间为3 24小时。
5.根据上述任一项权利要求所述的光催化剂用于空气、废水、地表水及饮用水中的有 机污染物和重金属离子的光催化处理。
全文摘要
本发明涉及具有可见光响应的锌掺杂硒化镉半导体光催化剂纳米材料及其制备方法，属于无机材料制备领域。该催化剂是由锌和硒化镉组成，本发明制备的锌掺杂硒化镉光催化剂具有很好的可见光吸收性能，拥有优秀的可见光降解有机污染物的活性。本发明具有成本低、制备工艺简单、易于工业化生产的特点。
文档编号C02F101/20GK101927174SQ20091006946
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者宋立民 申请人:天津工业大学