一種異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體光催化技術(shù)領(lǐng)域，特指一種InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法和用途，利用微波合成法和水熱法兩步合成釩酸銦與硫化鎘異質(zhì)結(jié)光催化劑，可用于可見光下降解羅丹明B染料。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，開發(fā)和利用綠色、無污染的太陽能用于解決日益增加的環(huán)境污染和能源危機一直是研究熱點，而半導體光催化技術(shù)能夠最大程度的利用太陽能實現(xiàn)污水凈化、能源轉(zhuǎn)換，半導體光催化技術(shù)是利用半導體光催化劑材料在光照下產(chǎn)生的具有較高氧化還原能力的電子-空穴對實現(xiàn)對有機污染物的降解去除，此技術(shù)因?qū)τ袡C污染物降解徹底、節(jié)能、高效、二次污染小等優(yōu)點得到迅速發(fā)展，目前，研究較多的半導體光催化劑，如:Ti02、SrTi03等活性較高的光催化劑材料只能響應僅占入射太陽光總量5%的紫外光，大大限制了太陽能的利用，因此，開發(fā)新型高效的可見光催化劑是目前光催化技術(shù)研究的熱點。
[0003]釩酸銦(InV04)是一種新型可見光響應的半導體光催化劑，帶隙寬度在2.0eV左右，能夠被可見光激發(fā)，在其導帶(CB)和價帶(VB)上分別產(chǎn)生具有較高氧化還原能力的電子-空穴對，實現(xiàn)對有機污染物的有效降解，目前，InV04大多由水熱法、溶膠-凝膠法和高溫固相煅燒法合成，獲得的產(chǎn)物粒徑較大、形貌不規(guī)整，使得InV04的光催化活性不高，因此，我們利用微波輔助合成法合成了粒徑較小、形貌規(guī)整的InV04納米粒子。
[0004]硫化鎘(CdS)是一種重要的金屬硫化物，帶隙寬度為2.4eV，能夠很好的響應可見光，但單一的CdS對污染物的降解效果不高，主要在于光照下產(chǎn)生的電子-空穴對極易復合，目前，利用不同半導體材料與CdS復合，構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)，能夠有效促進界面處電子-空穴對的分離，達到提高光催化活性的目的，例如<(15/￥03<(15/8丨#006和0(15/8丨？04等異質(zhì)結(jié)光催化劑能顯著提高CdS的光催化活性，但目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)利用水熱法制備InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑及其光催化應用的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑材料的制備方法，該方法以乙酸鎘，硫脲，硝酸銦和偏釩酸銨為原料，利用微波合成法、水熱法，獲得可見光下響應的釩酸銦與硫化鎘復合光催化劑材料。
[0006]本發(fā)明提供的一種可見光響應的InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]步驟:
[0008](1)制備釩酸銦:稱取硝酸銦和偏釩酸銨溶于純水中，加熱溶解得到黃色前驅(qū)體懸浮液，之后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，于微波反應器內(nèi)反應，最后經(jīng)水洗、過濾、干燥得到釩酸銦納米粒子。
[0009]所述的硝酸銦與偏釩酸銨的物質(zhì)的量比為1:1，微波反應為800胃，100°(3，511。
[0010]所述制備得出的釩酸銦A的平均粒徑為20nm，形貌為球狀納米粒子，分散性良好，見附圖3。
[00?1 ]通過微波輔助合成法合成的InV04納米粒子粒徑較小、形貌規(guī)整，InV04納米粒子在本發(fā)明實施中非常重要，主要作用是可通過與硫化鎘進行水熱復合，構(gòu)筑緊密的異質(zhì)結(jié)界面，以此來加速光生電子-空穴對的分離，進而提高復合材料的光催化活性。
[0012](2)制備硫化鎘:稱取乙酸鎘和硫脲溶于純水中，超聲分散得到透明溶液，之后轉(zhuǎn)移至水熱反應釜中，于烘箱內(nèi)反應，最后經(jīng)水洗、過濾、干燥得到硫化鎘B。
[0013]所述的乙酸鎘與硫脲的物質(zhì)的量比為1:2，水熱反應為160°C，24h。
[0014](3)制備釩酸銦與硫化鎘異質(zhì)結(jié)光催化劑:稱取微波輔助合成法合成的InV04納米粒子，乙酸鎘和硫脲溶于純水中，超聲分散得到淡黃色前驅(qū)體懸浮液，之后轉(zhuǎn)移至水熱釜中，于烘箱內(nèi)反應，最后經(jīng)水洗、過濾、干燥得到釩酸銦與硫化鎘異質(zhì)結(jié)材料C。
[0015]所述InV04納米粒子和硫化鎘的質(zhì)量比為10-60:100，乙酸鎘和硫脲的物質(zhì)的量比為1:2，水熱反應條件為160°C，24h。
[0016]本發(fā)明中InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)由粉末X射線衍射(XRD)確定，如圖1所示，XRD中可以明顯觀察到CdS的特征峰，與標準卡片77-2306對應;此外，隨著InV04的復合量增加，也隨之觀察到其衍射峰且衍射峰強度顯著增加，與標準卡片48-0898符合;XRD譜圖表明InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑已由微波合成法和水熱法成功制備。
[0017]InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑的表面化學組成和元素價態(tài)由X-射線光電子能譜(XPS)確定，如圖2所示，XPS能譜圖中出現(xiàn)了 Cd，S，In，V和0的特征峰，此譜圖表明，由微波合成法和水熱法所制備出的InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑含有其所具有的所有元素。
[0018]此外，本發(fā)明中通過微波輔助合成法與常規(guī)水熱法合成的InV04的形貌和微觀結(jié)構(gòu)由透射電子顯微鏡(TEM)與掃描電子顯微鏡(SEM)確定，如圖3所不，微波輔助合成法合成的InV04形貌為球狀粒子，平均粒徑在20nm，而常規(guī)水熱法合成的InV04形貌也是球狀，但平均粒徑在3-5μπι。
[0019]本發(fā)明的另一個目的:一、提供制備InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑材料的試驗方法；二、將InV04/CdS作為光催化材料用于可見光下光催化降解有機染料污水。
[0020]有益效果
[0021]利用微波合成法和水熱法所制備的InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑材料，在可見光下降解羅丹明B染料顯示出優(yōu)異的光催化活性;本發(fā)明工藝操作簡單，成本低廉，反應時間較短，能夠有效光催化降解有機染料，達到保護環(huán)境的目的。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例1-4所制備樣品的X-射線衍射圖(XRD)，圖中InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑分別顯示出InV04和CdS成分的特征峰。
[0023]圖2為本發(fā)明實施例3所制備的InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑的X-射線光電子能譜圖(XPS):元素全譜(a)，Cd3d5(b)，S2p(c)，In3d(d)，V2p(e)和01s(f)，說明了XPS譜圖顯示其具備了所合成樣品的所有元素。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例1-4及對比例5中，通過微波輔助合成法與常規(guī)水熱法合成的不同粒徑分布的InV04的透射電子顯微鏡(TEM)圖和掃描電子顯微鏡(SEM)對比圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實施例1-4所制備樣品在可見光條件下光催化降解羅丹明B的效果圖。圖中可以看出純CdS和InV04在可見光下羅丹明B的降解率很低，而InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑的降解率則很高，說明了合成的InV04/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑能夠顯著提升光催化性能，并能很好的應用于羅丹明B污水的降解。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0027]實施例1
[0028]步驟(1):稱取lmmol硝酸銦(0.382g)和lmmol偏釩酸銨(0.117g)溶于100mL純水中，加熱溶解得到黃色前驅(qū)體懸浮液，之后轉(zhuǎn)移至250mL的三口燒瓶中，微波反應800W，100°C，5h，最后經(jīng)水洗、過濾、干燥得到I凡酸銦A。步驟(2):稱取lmmo 1乙酸錦(0.266g)和2mmo 1硫脲(0.076g)溶于40mL純水中，超聲分散得到透明溶液，之后轉(zhuǎn)移至50mL的水熱釜中，水熱反應160°C，24h，最后經(jīng)水洗、過濾、干燥得到硫化鎘B。
[0029]步驟(3):稱取0.015g釩酸銦A，lmmol乙酸鎘(0.26