一种CdS-MXene-CTAB复合型光催化剂及其制备方法、应用

本发明属于光催化剂的制备领域，具体涉及一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂及其制备方法和在光催化氧化苯甲醇并同时制氢中的应用。

背景技术：

1、通过人工光合作用直接将太阳能转化为化学能为解决能源危机提供了一种绿色环保的途径。与此同时，在能源危机、环境污染和温室效应的背景下，将可再生资源转化为增值化学品已受到广泛关注。由于羰基衍生物在工业上的广泛应用，光催化苯甲醇（ba）选择性氧化制苯甲醛（bad）是最重要的有机反应之一。其中，光催化氧化ba转化为bad并同时产生氢气可以充分利用空穴和电子的氧化还原能力，提高光生载流子的利用率和反应效率，因而具有重要的研究意义和广泛的应用前景。然而，这对开发新型高效的双功能型光催化剂提出了更高的要求。mxene由于其诸多的突出特性，包括具有许多表面亲水性官能团（-oh和-o），使其能够容易地与各种半导体建立牢固的连接，优异的金属导电性确保了有效的电荷载流子转移，暴露的末端金属位点和反应活性位，以及可以在水溶液中稳定地起作用，而被广泛用于提高半导体cds的光催化性能。但是，cds-mxene复合型催化剂的光催化性能仍然有限，不足以实现高效的光催化氧化ba为bad并同时产氢的双催化效果。因此，如何通过优化策略进一步提高cds-mxene复合型催化剂的光催化氧化性能来实现高效的ba氧化为bad并同时产氢亟待我们的进一步研究。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂及其制备方法和应用。该复合型催化剂由ti3c2（mxene）和生长在mxene表面的许多cds纳米棒组成，其形貌为海胆状的纳米球。本发明首次使用ctab来调控复合型催化剂cds-mxene-ctab的形态，增加cds-mxene-ctab的分散程度，从而提高cds-mxene-ctab的光催化氧化性能。该复合型光催化剂用于光催化选择性氧化ba并同时产氢，具有高光催化氧化活性和选择性。

2、本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

3、一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，主要步骤如下：

4、（1）在盐酸溶液中加入lif和ti3alc2以得到混合溶液，将该混合溶液油浴加热并搅拌，油浴结束后洗涤、离心得到mxene，再将mxene超声分散在水中，使用离心除去沉淀后即为mxene水溶液；

5、（2）将硫脲、硝酸镉、乙二胺、ctab水溶液和mxene水溶液混合，搅拌均匀后转移至水热釜中进行溶剂热反应；

6、（3）待溶剂热反应结束，洗涤、干燥后得到cds-mxene-ctab复合型光催化剂。

7、按上述方案，步骤（1）中，盐酸水溶液中，hcl的浓度范围为8-10 mol/l。

8、按上述方案，步骤（1）中，mxene水溶液中，mxene的浓度范围为500-530 mg/l，制备时加入mxene水溶液的体积范围为0-14 ml。

9、按上述方案，步骤（2）中，硝酸镉和硫脲的摩尔比为1:(1-3)，硝酸镉和硫脲在乙二胺水溶液中的浓度范围分别为0.04-0.06 mol/l、0.03-0.05 mol/l；溶剂热反应的温度范围为150-170 ℃，时间范围为20-30 h。

10、按上述方案，步骤（2）中，mxene水溶液的加入量以mxene占cds纳米棒的质量百分比来计，不超过6%。

11、按上述方案，步骤（2）中，ctab的浓度为0.6 g/l，制备时加入的体积范围为0-2ml。

12、按上述方案，步骤（3）中，洗涤采用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥采用真空干燥。

13、上述方法制备的cds-mxene-ctab复合型光催化剂，可以在光催化氧化苯甲醇同时制氢中应用，具体应用方法为：将cds-mxene-ctab复合型光催化剂加入苯甲醇的乙腈溶液中，超声分散或搅拌均匀后，通入氮气气氛，在密封条件下进行可见光照射，实现苯甲醛光催化氧化转化为苯甲醛并同时制氢；可见光波长大于等于420 nm，照射时间在20 h内；苯甲醇的乙腈溶液中，苯甲醇浓度优选为0-2 μl/ml，复合型光催剂在苯甲醇的乙腈溶液中使用浓度优选为1-5 mg/ml。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1、本发明在该cds-mxene-ctab复合型光催化剂制备时，在溶剂热过程中加入ctab来调控cds-mxene-ctab的形态并使复合型催化剂cds-mxene-ctab的分散性增强，从而提高cds-mxene-ctab复合型光催化剂光催化氧化活性。

16、2、本发明所述ctab-mxene-cds复合型光催化剂，在可见光（λ≥420 nm）照射下用ba作为反应底物来消耗光生空穴生成bad的同时利用光生电子还原ba中的质子生产氢气。这一光催化反应过程不仅没有牺牲剂的消耗且充分利用了光生载流子，还将有机物质转化成了增值化学品。该复合型光催化剂ctab-mxene-cds用于光催化氧化有机物转化同时产氢方面，具有更加优异的活性。

技术特征：

1.一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，其特征在于，主要步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，盐酸溶液中，hcl的浓度范围为8-10 mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，mxene水溶液中，mxene的浓度范围为510-530 mg/l，制备时加入mxene水溶液的体积范围为0-14 ml。

4.根据权利要求1所述的一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，硝酸镉和硫脲的摩尔比为1:(1-3)，硝酸镉和硫脲在乙二胺水溶液中的浓度范围分别为0.04-0.06 mol/l、0.03-0.05 mol/l；溶剂热反应的温度范围为150-170 ℃，时间范围为20-30 h。

5.根据权利要求1所述的一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，mxene水溶液的加入量以mxene占cds纳米棒的质量百分比来计，不超过6%。

6.根据权利要求1所述的一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，ctab的浓度为0.6 g/l，制备时加入的体积范围为0-2 ml。

7.根据权利要求1所述的一种cds-mxene-ctab复合型光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，洗涤采用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥采用真空干燥。

8.权利要求1-7中任意一项所述方法制备的cds-mxene-ctab复合型光催化剂。

9.权利要求8所述的cds-mxene-ctab复合型光催化剂在光催化氧化苯甲醇并同时制氢中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于具体应用方法为：将cds-mxene-ctab复合型光催化剂加入苯甲醇的乙腈溶液中，超声分散均匀后，通入氮气气氛，在密封条件下进行可见光照射，实现苯甲醛光催化氧化转化为苯甲醛并同时制氢；其中，可见光波长不小于420 nm，照射时间不超过20 h。

技术总结
本发明属于光催化剂的制备领域，具体涉及一种CdS‑MXene‑CTAB复合型光催化剂。该复合型催化剂由Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;（MXene）和生长在MXene表面的许多CdS纳米棒组成，其形貌为海胆状的纳米球。本发明首次使用十六烷基三甲基溴化铵CTAB来调控复合型催化剂CdS‑MXene‑CTAB的形态，增加CdS‑MXene‑CTAB纳米球的分散程度，从而提高CdS‑MXene‑CTAB的光催化氧化性能。该复合型光催化剂用于光催化选择性氧化BA并同时产氢，具有较高的光催化氧化活性和选择性。

技术研发人员：袁岚,张涵泊
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17