本发明属于无机催化剂领域,特别涉及一种铜掺杂硫化锌镉(zn0.5cd0.5s)复合可见光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术:
1、自从“碳中和”和“碳排放”被提出以来,国家加快提出了清洁能源和可再生能源的发展政策。其中,氢能因其能源的热值高,生成物无污染等特点,受到了国家与广大学者的关注,氢气来源分为灰氢、蓝氢与绿氢。其中灰氢在产生氢气的同时,也会排放二氧化碳,蓝氢在灰氢的基础上使用了碳捕捉的手段,降低了碳排放,而绿氢是利用可再生能源如太阳能,风能等产生氢气,过程基本不产生碳排放。金属硫化物在光催化制氢中具有巨大的应用潜力,其中最典型的有zn0.5cd0.5s,znin2s4等。
2、zn0.5cd0.5s具有合适的能带间隙,较好的抗光腐蚀和可见光响应能力,但是单纯的zn0.5cd0.5s进行光催化制氢时,光生载流子复合较快、稳定性较差导致制氢效果的不理想。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足,本发明旨在提供一种铜(cu)掺杂硫化锌镉(zn0.5cd0.5s)复合可见光催化剂及其制备方法。相比其他金属而言,cu掺杂zn0.5cd0.5s,铜的价位偏移,在zn0.5cd0.5s中掺杂形成缺陷结构,降低了zn0.5cd0.5s光生载流子的复合速率,增强了催化剂的耐腐蚀度,并提高了光催化的活性。
2、本发明提供了一种铜(cu)掺杂硫化锌镉(zn0.5cd0.5s)复合可见光催化剂,通过先将锌源、镉源、硫源混合生成zn0.5cd0.5s前驱液,再加入铜源后进行水热反应制得,铜与zn0.5cd0.5s的质量百分比为5wt%~20wt%;优选的,铜与zn0.5cd0.5s的质量百分比为5wt%~10wt%;更优选的,铜与zn0.5cd0.5s的质量百分比为10wt%。
3、本发明还提供了一种铜(cu)掺杂硫化锌镉(zn0.5cd0.5s)复合可见光催化剂的制备方法,具体步骤如下:
4、(1)将乙酸锌(zn(ch3coo)2·2h2o)和乙酸镉(cd(ch3coo)2·2h2o)溶解于去离子水中,在上述溶液中加入硫化钠(nas·9h2o)溶液,搅拌2-3h,生成zn0.5cd0.5s前驱液。
5、(2)在上述溶液中加入一定量的硝酸铜(cu(no3)2·3h2o)溶液,搅拌10min使均匀。
6、(3)将上述溶液倒入不锈钢高压反应釜中,在160℃烘箱中反应4-6h;
7、(4)等待冷却后,将其倒入离心管,在3000rpm下离心3次,每次5min,每次离心加入去离子水,离心一次倒掉上端废水,然后重新倒入去离子水;将离心后的沉淀物倒入玻璃皿中,然后放入60℃真空烘箱中烘干,即得铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂固体颗粒,然后利用研磨器研磨成粉末。
8、进一步的,步骤(1)中乙酸锌、乙酸镉和硫化钠的摩尔比为5:5:12。
9、进一步的,步骤(1)的体系中,乙酸锌的摩尔浓度为0.025mol/l,乙酸镉的摩尔浓度为0.025mol/l,硫化钠的摩尔浓度为0.05mol/l。
10、进一步的,步骤(2)中,硝酸铜(cu(no3)2·3h2o)溶液为0.1mol/l,其加入量分别为4.72ml,9.48ml,14.22ml,18.96ml,分别对应cu掺杂比5wt%,10wt%,15wt%,20wt%。
11、本发明还提供了上述cu/zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂在光催化制氢中的应用,具体的,铜(cu)掺杂硫化锌镉(zn0.5cd0.5s)复合可见光催化剂光催化实验步骤为:将cu/zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂、牺牲剂和去离子水混合,在300w氙灯照射下进行实验,利用25℃冷却水循环,利用气相色谱仪检测氢气的产量。其中,牺牲剂为亚硫酸钠和硫化钠,亚硫酸钠与硫化钠的摩尔比为7:6;催化剂的用量为2g/l。
12、本发明提供的铜(cu)掺杂硫化锌镉(zn0.5cd0.5s)复合可见光催化剂具有较高光催化产氢活性,相较于硫化锌镉(zn0.5cd0.5s)光催化剂具有较高的产氢率,且制备方法简单,具有一定的应用价值。
1.一种铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂,其特征在于,所述铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂通过先将锌源、镉源、硫源混合生成zn0.5cd0.5s前驱液,再加入铜源后进行水热反应制得,其中铜元素的掺杂量为zn0.5cd0.5s质量的5wt%~20wt%。
2.一种如权利要求1所述的铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
3.根据权利要求2所述的铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中乙酸锌、乙酸镉和硫化钠的摩尔比为5:5:12。
4.根据权利要求2所述的铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)的体系中,乙酸锌的摩尔浓度为0.025mol/l,乙酸镉的摩尔浓度为0.025mol/l,硫化钠的摩尔浓度为0.05mol/l。
5.根据权利要求2所述的铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,硝酸铜溶液的摩尔浓度为0.1mol/l。
6.一种如权利要求1所述的铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂的应用,其特征在于,所述铜掺杂zn0.5cd0.5s复合可见光催化剂用于光催化制氢。