異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法
【技術(shù)領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及過渡金屬鎢酸鹽,特指一種制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法,以氫氧化鈉、鎢酸鈉、氯化錳,硫脲和醋酸鎘為原料制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法,尤其是一種制備工藝簡單,產(chǎn)品具有良好可見光催化活性的納米復合光催化劑制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬鎢酸鹽由于其獨特的電學、光學等性質(zhì),在許多領域已經(jīng)得到廣泛運用,其中過渡金屬鎢酸鹽(MnWO4)具有穩(wěn)定的化學性質(zhì),合適的禁帶寬度能夠響應可見光,因而在光催化領域已經(jīng)成為關(guān)注的焦點;然而,現(xiàn)有的過渡金屬鎢酸鹽催化劑的催化活性依然很低,無法滿足實際應用的需求,因此提高電子和空穴的分離效率來達到提高這類光催化劑的催化活性仍是一個富有挑戰(zhàn)性的課題。
[0003]異質(zhì)結(jié)其由于特殊的能帶結(jié)構(gòu)和載流子輸送特性,在光催化反應中能有效抑制光生電子和空穴復合,提高量子效率,進而大幅提高光催化劑的催化活性,硫化鎘(CdS)由于其窄能帶和較高的導帶位置,是一種構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)非常理想的半導體光催化劑,目前,還沒有關(guān)于鎢酸錳和硫化鎘之間的異質(zhì)結(jié)并將其應用于光催化降解有機污染物的研究。
[0004]本發(fā)明利用水熱法能耗低、產(chǎn)率高、產(chǎn)物純度高、反應條件可控、適用性廣等優(yōu)點,采用兩步水熱法低溫合成了 CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)構(gòu),同時調(diào)節(jié)不同的硫化鎘和鎢酸錳摩爾比例,通過光催化降解亞甲基藍(MB)和甲基紫(MV)這兩種常見的有機染料來考察所制備的光催化劑的催化活性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的是提供一種兩步水熱法制備的基于過渡金屬鎢酸鹽的高效光催化劑,實現(xiàn)可見光下光催化降解亞甲基藍和甲基紫的納米復合光催化劑的方法。
[0006]本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn):
[0007](I)將鎢酸錳納米棒分散在去離子水中后加入硫脲和醋酸鎘,攪拌混合均勻后進行水熱反應,進而得到CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑,其中CdS和與MnWO4的摩爾比為0.3-1.5:lo
[0008]進一步地,水熱反應的條件為:180°C下水熱反應24小時。
[0009]進一步地,所述鎢酸錳納米棒的制備方法如下:取氯化錳溶液,加入到等摩爾的鎢酸鈉的溶液中得到混合溶液,在攪拌下加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為9,充分攪拌均勻后進行水熱反應,180°C下水熱反應24小時,反應結(jié)束后,將沉淀過濾,洗滌,烘干,得到鎢酸錳納米棒。
[0010](2)本發(fā)明所制備的CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑,晶化完全,形貌規(guī)則,分散性良好。
[0011 ] (3)利用X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、X光電子能譜儀等儀器對產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)分析,以亞甲基藍和甲基紫溶液為目標染料進行光催化降解實驗,通過紫外-可見分光光度計測量吸光度,以評估其光催化活性。
【附圖說明】
[0012]圖1為所制備的CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑,CdS,MnWO4的XRD衍射譜圖。
[0013]圖2為所制備純MnWO4納米棒的透射電鏡照片(a)和CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的透射電鏡照片(b)的對比圖。
[0014]圖3為所制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的X光電子能譜圖。
[0015]圖4為所制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑和CdS,MnW04樣品的阻抗分析圖。
[0016]圖5為所制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的可見光催化降解亞甲基藍溶液(a)和甲基紫溶液(b)的的時間-降解率關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0017]實施例lCdS/MnW04納米棒的制備
[0018]含有Immol氯化猛的溶液加入到含有Immol媽酸鈉的溶液中,用lmmol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合后的溶液PH值為9,磁力攪拌,然后在180°C下水熱反應24小時后,離心水洗得到的沉淀,并在60°C條件下干燥得到鎢酸錳納米棒;取制備好鎢酸錳納米棒溶于去離子水中,超聲分散,在攪拌的條件下加入等摩爾的硫脲和醋酸鎘,控制醋酸鎘與鎢酸錳的摩爾比分別為0.3、0.5、0.7、1.1和1.5,攪拌混合均勻后進行水熱反應180°C下水熱反應24小時,反應后的到的黃色產(chǎn)物用去離子水和乙醇洗凈,過濾,恒溫干燥箱中60°C烘干。
[0019]實施例2CdSMnW04/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的表征分析
[0020]如圖1所不,從圖中可以看出,復合后的樣品同時具有CdS和MnWCU的特征峰,說明我們成功制備出了 CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑。
[0021]如圖2所示,(A)圖中可以看到純MnWO4為納米棒,(B)圖中可以看到CdS納米顆粒的存在,納米顆粒尺寸為10?30nm,負載在MnW04納米棒上。
[0022]如圖3所示,圖譜中顯示出錳,鎢,硫,鎘,氧元素的存在。
[0023]如圖4所示,圖中可以清楚看到硫化鎘,鎢酸錳,硫化鎘和鎢酸錳異質(zhì)結(jié)三者之間的阻抗的差異。
[0024]實施例3CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的可見光催化活性實驗
[0025](I)配制濃度為10mg/L的亞甲基藍或甲基紫溶液,將配好的溶液置于暗處。
[0026](2)稱取CdS/MnWk異質(zhì)結(jié)復合光催化劑10mg(當CdS與MnWk的摩爾比為0.3:1,
0.5:1,0.7:1,1:1,1.5:1得到的樣品分別記為 CdS-1,CdS-2,CdS-3,CdS-4,CdS-5),分別置于光催化反應器中,加入10mL步驟(I)所配好的目標降解液,磁力攪拌30min待復合光催化劑分散均勻后,打開水源,光源,進行光催化降解實驗。
[0027](3)每1min吸取反應器中的光催化降解液,離心后用于紫外-可見吸光度的測量。
[0028](4)由圖5可見所制備的納米復合光催化劑具有優(yōu)異的可見光催化活性,尤其是CdS與MnWO4的摩爾比為0.5的樣品降解亞甲基藍活性最好,光反應一小時后降解率達到90%,比純的MnWk和CdS的降解活性都要高;當CdS與MnWO4的摩爾比為0.7時對應的CdS/MnTO4異質(zhì)結(jié)光催化劑降解甲基紫具有最佳的降解活性,光反應I小時后降解率達到了 95%以上,同樣高于純的MnWO4和CdS光催化劑。
【主權(quán)項】
1.一種制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法,其特征在于:將鎢酸錳納米棒分散在去離子水中后加入硫脲和醋酸鎘,攪拌混合均勻后進行水熱反應,進而得到CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑,其中CdS和與MnWO4的摩爾比為0.3-1.5:1。2.如權(quán)利要求1所述的一種制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法,其特征在于:所述水熱反應的條件為:180°C下水熱反應24小時。3.如權(quán)利要求1所述的一種制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法,其特征在于所述鎢酸錳納米棒的制備方法如下:取氯化錳溶液,加入到等摩爾的鎢酸鈉的溶液中得到混合溶液,在攪拌下加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為9,充分攪拌均勻后進行水熱反應,180°C下水熱反應24小時,反應結(jié)束后,將沉淀過濾,洗滌,烘干,得到鎢酸錳納米棒。4.如權(quán)利要求1所述的一種制備CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法,其特征在于:對應CdS與MnWO4的摩爾比為0.5的CdS/MnW04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑降解亞甲基藍活性最好,可見光反應一小時后降解率達到90%;當CdS與MnWO4的摩爾比為0.7時對應的〇(13/]\111¥04異質(zhì)結(jié)復合光催化劑降解甲基紫具有最佳的降解活性,光反應I小時后降解率達到了95%以上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及過渡金屬鎢酸鹽,特指一種制備CdS/MnWO4異質(zhì)結(jié)復合光催化劑的方法,將鎢酸錳納米棒分散在去離子水中后加入硫脲和醋酸鎘,攪拌混合均勻后進行水熱反應,進而得到CdS/MnWO4異質(zhì)結(jié)復合光催化劑,其中CdS和與MnWO4的摩爾比為0.3-1.5:1。制備得到的異質(zhì)結(jié)復合光催化劑能夠在可見光下有效地光催化降解亞甲基藍和甲基紫。
【IPC分類】B01J23/34, A62D101/26, A62D3/17, A62D101/28, B01J27/04
【公開號】CN105457657
【申請?zhí)枴緾N201510943384
【發(fā)明人】施偉東, 延旭, 黃凱, 洪遠志, 黃長友, 呂濤濤, 肖立松, 劉奎立, 顧巍
【申請人】江蘇大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月16日