及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于新型材料制备和光催化分解水制氢的技术领域，具体涉及一种复合光催化剂CdS-PtOCeO2及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]随着能源危机和环境污染问题的日益严重，人类社会的可持续发展面临巨大挑战，如何有效地利用太阳能来治理污染和开发新能源己引起世界各国的广泛关注。近年来，半导体光催化技术因在氢能源开发和环境污染治理上的重要应用前景，而受到众多领域科学工作者的广泛关注，但由于传统的T12基光催化剂存在量子效率低和太阳能利用率低等缺点，制约了光催化技术的实际应用，新型高效可见光催化剂的开发设计是利用太阳能治理环境污染和开发氢能源的关键技术之一。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种复合光催化剂CdS-PtOCeO2及其制备方法和应用，制备方法简单易行、不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，有利于推广；应用于可见光催化分解水制氢，具有电荷分离效率高、催化活性高和稳定性好的优点。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种复合光催化剂，由二氧化铈、硫化镉和铂三组分构成的复合材料0(^-?谓(^02;其中二氧化铈、硫化镉和铂的摩尔百分数为:二氧化铈20~80%、硫化镉20~80%、铂0.01-2%,三组分的摩尔百分数之和为100%。
[0005]制备方法是米用两步沉淀合成法。具体步骤如下:
(1)一步沉淀法制备PtOCeO2
将固体铈盐溶于去离子水中制得铈源溶液；将碱性物质溶于去离子水中制得碱溶液；将作为铂源的化合物溶于去离子水中制得铂源溶液；在铈源溶液中通入惰性气体，边搅拌边滴加碱溶液，继续搅拌10~60min，加入铂源溶液继续搅拌60~180min，自然冷却至室温，关停惰性气体，沉淀分别用水和乙醇离心洗涤，至离子浓度〈lOppm，40~120°C干燥6~24小时，得到PtOCeO2粉末；
(2)二步沉淀法制备CdS-PtOCeO2
将镉盐配成镉源溶液；将硫盐配成硫源溶液；将步骤(I)制得的PtOCeO2分散于去离子水中，搅拌下加入锦源溶液，搅拌10~60min，加入硫源溶液，搅拌0.5-3 h，自然冷却至室温，离心分离，沉淀用水和乙醇离心洗涤，至离子浓度〈lOppm，40~120°C真空干燥6~24小时，研磨，得到CdS-PtOCeO2粉末。
[0006]步骤(I)中所述的固体铈盐是硝酸亚铈、氯化铈中的一种，所述的碱性物质是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，所述的作为铂源的化合物是氯铂酸、氯铂酸钾中的一种，所述的铈源溶液的浓度为0.01~2 mol/L，所述的碱溶液的浓度为0.1-2 mol/L，所述的铂源溶液的浓度为2~10 g/mL，所述的惰性气体是氮气、氩气中的一种；步骤(2)中所述的镉盐是醋酸镉、硝酸镉、氯化镉中的一种，所述的硫盐是硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲中的一种，所述的镉源溶液的浓度为0.01~2 mol/L，所述的硫源溶液的浓度为0.01~2 mol/L。
[0007]步骤(I)中所述的碱与铈源的摩尔比为20~120: 1，所述的铂源与铈源的摩尔比为0.001~0.1: I ;步骤(2)所述的镉源与PtOCeO2的质量比为0.1~5: 1，所述的硫源与PtOCeO2的质量比为0.1~5: 10
[0008]所述的复合光催化剂CdS-PtOCeO2应用于可见光催化分解水制氢。
[0009]本发明的显著优点在于:
(I)本发明提供的方法不用带压操作，不用高温焙烧，利用三价铈源的还原性和铂源材料的氧化性一步沉淀合成，节省了能耗、材料和装置的费用，还具有操作简便的优点，有利于大规模推广。
[0010](2)本发明首次提供了一种0(^-?谓(^02复合光催化剂，能将太阳能转换为化学能，能在可见光下实现高效分解水产氢，具有电荷分离效率高、催化活性和稳定性好的优点。
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例1中CdS-PtOCeO2的X射线衍射(XRD)图。
[0012]图2是本发明实施例1中CdS-PtOCeO2的X射线光电子能谱(XPS)图。
[0013]图3是本发明实施例1中CdS-PtOCeO2的透射电镜(TEM)图。
[0014]图4是本发明实施例1中CdS-PtOCeO2作为催化剂光解水制氢的情况。
[0015]图5是本发明实施例1中CdS-PtOCeO2作为催化剂光解水制氢的稳定性。
【具体实施方式】
[0016]本发明的光催化剂是CdS-PtOCeO2复合光催化剂，应用于可见光催化分解水制氢。
[0017]该光催化剂的制备方法为两步沉淀法；
具体步骤如下:
惰性气氛中一步沉淀制PtOCeO2:固体铈盐溶于去离子水中制得浓度为0.1-2 mol/L的铈源溶液；氯铂酸或氯铂酸盐中的一种溶于去离子水中制得浓度为2-10 mg/mL的铂源溶液；碱性物质溶于去离子水制得浓度为0.1-2 mol/L的碱溶液；铈源溶液在惰性气氛中边搅拌边滴加碱源溶液，继续搅拌10~60分钟，加入铂源溶液继续在惰性气氛中搅拌60-180min，自然冷却至室温，沉淀分别用水和乙醇洗涤离心数次(至离子浓度<10ppm)，40~120°C干燥6~24小时得到黑色的？谓(^02复合样品粉末；所述的碱源与铈源的摩尔比为20: I?120: I ;所述的铂源与铈源的物质的量之比为0.001:1?1:1;所述的搅拌是磁力搅拌，搅拌速度为400~1000 rad/min。
[0018]二步沉淀制备CdS-PtOCeO2:将镉盐溶于去离子水中制得浓度为0.01~2mol/L镉源溶液；将硫盐去离子水中制得浓度为0.01~2mol/L硫源溶液；将制得的PtOCeO2*散于去离子水中，搅拌下加入锦源溶液，搅拌10-60min，加入硫源溶液，搅拌0.5-3 h，自然冷却至室温，离心分离后得到沉淀，沉淀用水和乙醇离心洗涤，至离子浓度〈lOppm，40~120 °(:真空干燥6~24小时，研磨，得到CdS-PtOCeO2复合光催化剂粉末，所述的镉源与PtOCeO2的质量比为0.1~5: I ;所述的硫源与PtOCeO2的质量比为0.1~5: I。
[0019]实施例1复合光催化剂CdS-PtOCeO2的制备
称取2.2 g Ce (NO3)3.6Η20溶于100 mL去离子水当中，通氮气，搅拌10 min，加入5mol/L的NaOH溶液10mL，继续搅拌10 min后滴入5mg/mL H2PtCl6溶液2 mL,搅拌I h，冷却至室温，关停氮气，离心清洗，80 °(:真空干燥12 h，得到PtOCeO2;称取0.344 g PtOCeO 2超声分散于100 mL水中，加入0.1 mol/L Cd(CH3COO)2溶液20 mL，搅拌20 min,边搅拌边加Λ 0.1 mol/L Na2S溶液20 mL，继续搅拌2h，冷却至室温、离心洗涤，80°C干燥12h，得到CdS-PtiCeO20
[0020]图1展示了本发明的复合材料PtOCeOjP CdS-PtOCeO 2的X射线衍射(XRD)图，从图中可以发现制备的PtOCeO2样品在2 Θ为28.6°、33.1° ,47.6°和56.4°处出现的4个衍射峰，分别对应四方相CeO2 (JCPDS-43-1002)的(111)、(200)、(220)和(311)晶面的特征衍射峰，晶粒大小约为5.3nm，在2 Θ为40。处出现了立方Pt的特征衍射峰；合成的CdS-PtOCeO2中不仅观察到四方CeO2的特征衍射峰，在2 Θ于26.5° ,44.0°和52。处还观察到3个衍射峰，分别对应立方相CdS (JCPDS =42-1411)的(111)，(220)和(311)晶面的特征衍射峰，对应的晶粒大小约为4.6 nm。
[0021]图2展示了本发明的复合材料CdS-PtOCeOj^ X射线光电子能谱(XPS)图，从图中可以清晰看到样品中Cd、S、Pt、Ce和O等元素的电子结合能峰，其中71.1和74.3 eV处的结合能峰对应于单质Pt的Pt4f7/2和Pt4f 5/2。
[0022]图3是本发明中CdS-PtOCeO2透射电镜图。从图中可看到粒径大小为5_6 nm的CeO2纳米片，以及粒径大小在4-6 nm CdS颗粒，均勾分布着粒径大小2_3nm Pt颗粒，在CdS-PtiCeO2的HRTEM图中，晶格间距为0.227 nm、0.31 nm和0.336 nm，分别对应立方Pt的(111)晶面，四方CeOj^ (111)晶面和四方CdS的(111)晶面间距。
[0023]实施例2复合光催化剂CdS-PtOCeO2的制备
称取2.2 g Ce (NO3)3.6Η20溶于100 mL去离子水当中，通氮气，搅拌10