一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法
【專利摘要】一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，它涉及一種光催化劑的制備方法。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)制備的硫化鎘光催化劑存在光腐蝕嚴重、穩(wěn)定性差、需要貴金屬助催化劑和產(chǎn)氫效率低的問題。方法：一、制備氮化鈮前驅(qū)體；二、制備氮化鈮納米粒子；三、配置氮化鈮?鎘鹽溶液；四、向步驟三中得到氮化鈮?鎘鹽溶液中加入硫源；五、離心分離及洗滌、干燥；得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑。本發(fā)明制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑在光照4h時，產(chǎn)氫量高達409.6微摩爾每小時。本發(fā)明可獲得一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑。
【專利說明】
一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣候治理的重要途徑之一是開發(fā)和利用高效多元的清潔能源體系和技術(shù)。水蘊藏豐富，是綠色的質(zhì)子源;它不僅可以直接分解產(chǎn)生具有高質(zhì)量比能量密度、清潔和可再生氫能。因而水分解產(chǎn)生氫能是構(gòu)建新型清潔能源體系、解決環(huán)境問題的基礎(chǔ)。
[0003]光催化技術(shù)基于自然環(huán)境的太陽能資源，利用半導體光電效應，在光激發(fā)時產(chǎn)生光生電子和空穴，利用空穴氧化水析氧并釋放質(zhì)子，利用電子還原質(zhì)子產(chǎn)生氫氣。這種生產(chǎn)綠色新能源的技術(shù)被視為最具未來應用希望的能源轉(zhuǎn)化生產(chǎn)方式。然而，目前的光催化產(chǎn)氫效率還非常低，主要原因是缺少合適的半導體催化劑材料。由于分解水產(chǎn)氫是一個復雜的熱力學和動力學綜合過程，因此需要半導體材料的能帶結(jié)構(gòu)等同時必須滿足水分解的氧化還原電位和良好的太陽光利用率。而目前的半導體材料往往存在還原能力不足或太陽光利用率差等科學問題。硫化鎘被認為是帶隙結(jié)構(gòu)非常合理的光催化劑，但存在光腐蝕效應，穩(wěn)定性非常差。此外，由于半導體材料的表面催化能力通常較差，為了提高其表面催化能力和電荷分離效率，一般在光催化產(chǎn)氫時需要額外負載昂貴的貴金屬(如鉑、金)作為助催化劑使用。如何提高硫化鎘材料的光穩(wěn)定性，減小光腐蝕，降低或不使用貴金屬，成為材料研究領(lǐng)域的重點和難點問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)制備的硫化鎘光催化劑存在光腐蝕嚴重、穩(wěn)定性差、需要貴金屬助催化劑和產(chǎn)氫效率低的問題，而提供一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法。
[0005]一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0006]—、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25 °C?35 °C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為300 °C?600 °C的馬弗爐中煅燒2h?6h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 °C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以1mL/min?15mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗3次?5次，再置于溫度為50°C?100°C的電熱鼓風干燥箱中烘干6h?12h，得到氮化鈮前驅(qū)體；
[0007]步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為(I?5):1O;
[0008]步驟一中所述的溫度為100°C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為(200mL?500mL):1g;
[0009]步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為(0.5?2):1 ；
[0010]二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為5mL/min?20mL/min和溫度為700°C?900°C的條件下煅燒Ih?4h，得到氮化鈮納米粒子；
[0011]三、配置氮化鈮-鎘鹽溶液:在溫度為25°C?35°C的條件下，將步驟二中得到的氮化銀納米粒子分散在溶劑中，再向溶劑中加入鎘源，再在攪拌速度為10r/min?300r/min和溫度為80°C?150°C的條件下攪拌反應Ih?3h，即得到氮化鈮-鎘鹽溶液；
[00?2 ]步驟三中所述的氮化銀納米粒子的質(zhì)量與溶劑的體積比為0.05g: 90mL ；
[0013]步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:(10?200);
[0014]四、在溫度為80°C?150°C的條件下，向步驟三中得到氮化鈮-鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為200r/min?400r/min和溫度為80°C?150°C的條件下攪拌反應Ih?3h，得到反應物質(zhì)B;
[0015]步驟四中所述的硫源中的硫元素與步驟三中所述的鎘源中的鎘元素的物質(zhì)的量比為1:1 ；
[0016]五、離心分離及洗滌、干燥:將步驟四中得到的反應物質(zhì)B在離心速度為3000r/min?5000r/min的條件下離心，去除離心液，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;使用有機溶劑對氮化銀/硫化鎘復合納米粒子洗滌2次?5次，再在離心速度為3000r/min?4000r/min條件下離心分離5min?30min，得到洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;將洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子在溫度為30°C?70°C條件下干燥5h?24h，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑。
[0017]本發(fā)明的原理及優(yōu)點:
[0018]一、氮化鈮是一種常用的超導材料，通常表現(xiàn)為金屬性;研究發(fā)現(xiàn)，氮化鈮理論上具有催化性能，可以作為助催化劑使用;此外，其較低的功涵有助于接收來自硫化鎘的光生電子，提高電荷分離效率，進而提高光催化活性;基于以上分析，本發(fā)明通過簡單的合成方法制備氮化鈮納米粒子，并采用化學浴手段制備氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑，應用于光催化產(chǎn)氫；
[0019]二、本發(fā)明制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑較現(xiàn)有技術(shù)制備硫化鎘納米粒子具有均勻分散性；
[0020]三、本發(fā)明制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑具有較好的抗光腐蝕能力；
[0021]四、本發(fā)明制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑較現(xiàn)有技術(shù)制備的硫化錦納米粒子具有尚效的可見光光催化廣氣活性；
[0022]五、本發(fā)明制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑適合于用作光催化分解水產(chǎn)氫催化劑，染料敏化太陽能電池，光催化全分解水以及光催化還原二氧化碳；
[0023]六、本發(fā)明制備的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑是具有高活性，高穩(wěn)定性的新型光催化納米材料；
[0024]七、本發(fā)明制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的比表面積為51平方米/克?703平方米/克；
[0025]八、本發(fā)明制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑在光照4h時，產(chǎn)氫量高達409.6微摩爾每小時。
[0026]本發(fā)明可獲得一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑。
【附圖說明】
[0027]圖1是對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子放大15000倍的透射電子顯微鏡照片；
[0028]圖2是對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子放大150000倍的透射電子顯微鏡照片;
[0029]圖3是試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的透射電子顯微鏡照片;
[0030]圖4為X射線衍射圖，圖4中I為對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的X射線衍射曲線，2為試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，3為試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，4為試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，5為試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，6為對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子的X射線衍曲線；
[0031]圖5為試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0032]圖6為試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0033]圖7為試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0034]圖8為試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0035]圖9為對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0036]圖10為對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0037]圖11為光催化產(chǎn)氫活性曲線圖，圖11中I為對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的光催化產(chǎn)氫活性曲線，2為試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線，3為試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線，4為試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線，5為試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線。
【具體實施方式】
[0038]【具體實施方式】一:本實施方式是一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法是按以下步驟完成的:
[0039]一、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25 0C?35 °C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為300 °C?600 °C的馬弗爐中煅燒2h?6h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 °C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以1mL/min?15mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗3次?5次，再置于溫度為50 °C?100 0C的電熱鼓風干燥箱中烘干6h?12h，得到氮化鈮前驅(qū)體；
[0040]步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為(I?5):1O;
[0041 ]步驟一中所述的溫度為100 °C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為(200mL?500mL):1g;
[0042]步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為(0.5?2):1;
[0043]二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為5mL/min?20mL/min和溫度為700°C?900°C的條件下煅燒Ih?4h，得到氮化鈮納米粒子；
[0044]三、配置氮化鈮-鎘鹽溶液:在溫度為25°C?35°C的條件下，將步驟二中得到的氮化銀納米粒子分散在溶劑中，再向溶劑中加入鎘源，再在攪拌速度為10r/min?300r/min和溫度為80°C?150°C的條件下攪拌反應Ih?3h，即得到氮化鈮-鎘鹽溶液；
[0(Μ5]步驟三中所述的氮化銀納米粒子的質(zhì)量與溶劑的體積比為0.05g:90mL；
[0046]步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:(10?200);
[0047]四、在溫度為80°C?1500C的條件下，向步驟三中得到氮化鈮-鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為200r/min?400r/min和溫度為80°C?150°C的條件下攪拌反應Ih?3h，得到反應物質(zhì)B;
[0048]步驟四中所述的硫源中的硫元素與步驟三中所述的鎘源中的鎘元素的物質(zhì)的量比為1:1 ；
[0049]五、離心分離及洗滌、干燥:將步驟四中得到的反應物質(zhì)B在離心速度為3000r/min?5000r/min的條件下離心，去除離心液，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;使用有機溶劑對氮化銀/硫化鎘復合納米粒子洗滌2次?5次，再在離心速度為3000r/min?4000r/min條件下離心分離5min?30min，得到洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;將洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子在溫度為30°C?70°C條件下干燥5h?24h，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑。
[0050]本實施方式的原理及優(yōu)點:
[0051]一、氮化鈮是一種常用的超導材料，通常表現(xiàn)為金屬性;研究發(fā)現(xiàn)，氮化鈮理論上具有催化性能，可以作為助催化劑使用;此外，其較低的功涵有助于接收來自硫化鎘的光生電子，提高電荷分離效率，進而提高光催化活性;基于以上分析，本實施方式通過簡單的合成方法制備氮化鈮納米粒子，并采用化學浴手段制備氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑，應用于光催化產(chǎn)氫；
[0052]二、本實施方式制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑較現(xiàn)有技術(shù)制備硫化鎘納米粒子具有均勻分散性；
[0053]三、本實施方式制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑具有較好的抗光腐蝕能力；
[0054]
[0055]四、本實施方式制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑較現(xiàn)有技術(shù)制備的硫化錦納米粒子具有尚效的可見光光催化廣氣活性；
[0056]五、本實施方式制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑適合于用作光催化分解水產(chǎn)氫催化劑，染料敏化太陽能電池，光催化全分解水以及光催化還原二氧化碳；
[0057]六、本實施方式制備的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑是具有高活性，高穩(wěn)定性的新型光催化納米材料；
[0058]七、本實施方式制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的比表面積為51平方米/克?703平方米/克；
[0059]八、本實施方式制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑在光照4h時，產(chǎn)氫量高達409.6微摩爾每小時。
[0060]本實施方式可獲得一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑。
[0061]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同點是:步驟一中所述的固體堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和碳酸鉀中的一種或其中幾種的混合物。其他步驟與【具體實施方式】一相同。
[0062]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同點是:步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為1:10。其他步驟與【具體實施方式】一或二相同。
[0063]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同點是:步驟三中所述的鎘源為氯化鎘、硝酸鎘和乙酸鎘中的一種或其中兩種的混合物。其他步驟與【具體實施方式】一至三相同。
[0064]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同點是:步驟三中所述的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇、無水乙醇、水、丁醇、異丙醇、環(huán)己烷和甲苯中的一種或其中兩種的混合物。其他步驟與【具體實施方式】一至四相同。
[0065]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同點是:步驟一中所述的濃酸為質(zhì)量分數(shù)為36%?38%的鹽酸、質(zhì)量分數(shù)為60%?70%的硝酸和質(zhì)量分數(shù)為80%?90%的磷酸中的一種或其中幾種的混合液。其他步驟與【具體實施方式】一至五相同。
[0066]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同點是:步驟四中所述的硫源為硫脲、硫粉、半胱氨酸、甲硫氨酸、胱氨酸和硫化鈉中的一種或其中兩種的混合物。其他步驟與【具體實施方式】一至六相同。
[0067]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同點是:步驟五中所述的有機溶劑為無水乙醇、甲醇、甲苯、丙酮和環(huán)己烷中的一種或其中兩種的混合物。其他步驟與【具體實施方式】一至七相同。
[0068]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同點是:步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:200。其他步驟與【具體實施方式】一至八相同。
[0069]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同點是:步驟一中在溫度為25°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為400°C的馬弗爐中煅燒4h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100°C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗5次，再置于溫度為80°C的電熱鼓風干燥箱中烘干8h，得到氮化鈮前驅(qū)體。其他步驟與【具體實施方式】一至九相同。
[0070]采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:
[0071]對比試驗一:一種制備純氮化鈮納米粒子的方法，具體是按以下步驟完成的:
[0072]—、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為400 °C的馬弗爐中煅燒4h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 0C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗5次，再置于溫度為80 °C的電熱鼓風干燥箱中烘干8h，得到氮化鈮前驅(qū)體；
[0073]步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為1:10;
[0074]步驟一中所述的溫度為100°C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為300mL:1g;
[0075]步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為1:1;
[0076]步驟一中所述的固體堿為氫氧化鈉；
[0077]步驟一中所述的濃酸為質(zhì)量分數(shù)為37%的鹽酸；
[0078]二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為10mL/min和溫度為800°C的條件下煅燒2h，得到氮化鈮納米粒子。
[0079]對比試驗二:一種制備純硫化鎘納米粒子的方法，具體是按以下步驟完成的:
[0080]一、在溫度為25°C的條件下，將0.1mol鎘源溶解到90mL溶劑中，再在攪拌速度為200r/min和溫度為90°C的條件下攪拌反應Ih，得到鎘鹽溶液；
[0081]步驟一中所述的鎘源為乙酸鎘；
[0082 ]步驟一中所述的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺；
[0083]二、加入硫源:在溫度為90°C的條件下，向步驟一中得到的鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為300r/min和溫度為90°C的條件下攪拌反應2h，得到反應物質(zhì)B;
[0084]步驟二中所述的硫源為硫脲；
[0085]步驟二中所述的硫源中的硫元素與步驟一中所述的鎘源中的鎘元素的物質(zhì)的量比為1:1 ；
[0086]三、離心分離及洗滌、干燥:將步驟二得到的反應物質(zhì)B在離心速度為4000r/min的條件下離心，去除離心液，得到硫化鎘納米粒子;使用有機溶劑對硫化鎘納米粒子洗滌4次，再在離心速度為4000r/min條件下離心分離5min，得到洗滌后的硫化鎘納米粒子;將洗滌后的硫化鎘納米粒子在溫度為60°C的條件下干燥Sh，得到純硫化鎘納米粒子；
[0087]步驟三中所述的有機溶劑為無水乙醇。
[0088]試驗一:一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0089]—、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為400°C的馬弗爐中煅燒4h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為1000C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗5次，再置于溫度為80 °C的電熱鼓風干燥箱中烘干8h，得到氮化鈮前驅(qū)體；
[0090]步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為1:10；
[0091 ]步驟一中所述的溫度為100°C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為300mL:1g;
[0092]步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為1:1;
[0093 ]步驟一中所述的固體堿為氫氧化鈉；
[0094]步驟一中所述的濃酸為質(zhì)量分數(shù)為37%的鹽酸；
[0095]二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為10mL/min和溫度為800°C的條件下煅燒2h，得到氮化鈮納米粒子；
[0096]三、配置氮化鈮-鎘鹽溶液:在溫度為25°C的條件下，將步驟二中得到的氮化鈮納米粒子分散在溶劑中，再向溶劑中加入鎘源，再在攪拌速度為200r/min和溫度為90 V的條件下攪拌反應Ih，即得到氮化鈮-鎘鹽溶液；
[0097]步驟三中所述的鎘源為乙酸鎘；
[0098]步驟三中所述的溶劑N，N-二甲基甲酰胺；
[00"]步驟三中所述的氮化銀納米粒子的質(zhì)量與溶劑的體積比為0.05g: 90mL ；
[0100]步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:200;
[0101]四、在溫度為100°C的條件下，向步驟三中得到氮化鈮-鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為300r/min和溫度為100°C的條件下攪拌反應2h，得到反應物質(zhì)B;
[0102]步驟四中所述的硫源為硫脲；
[0103]步驟四中所述的硫源中的硫元素與步驟三中所述的鎘源中的鎘元素的物質(zhì)的量比為1:1 ；
[0104]五、離心分離及洗滌、干燥:將步驟四中得到的反應物質(zhì)B在離心速度為4000r/min的條件下離心，去除離心液，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;使用有機溶劑對氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子洗滌4次，再在離心速度為4000r/min條件下離心分離5min，得到洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;將洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子在溫度為60°C條件下干燥Sh，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑；
[0105]步驟五中所述的有機溶劑為無水乙醇。
[0106]采用透射電子顯微鏡測試對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子的微結(jié)構(gòu)和粒徑尺寸，如圖1所示。
[0107]圖1是對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子放大15000倍的透射電子顯微鏡照片；
[0? O8] 從圖1可知，對比試驗一制備的純氮化銀納米粒子尺寸約為I Onm?20nm。
[0109]圖2是對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子放大150000倍的透射電子顯微鏡照片;
[0110]從圖2可知，對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的尺寸約為2nm?5nm，但團聚較為嚴重。
[0111]試驗二:一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0112]—、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為400 °C的馬弗爐中煅燒4h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 0C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗5次，再置于溫度為80 °C的電熱鼓風干燥箱中烘干8h，得到氮化鈮前驅(qū)體；
[0113]步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為1:10;
[0114]步驟一中所述的溫度為100°C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為300mL:1g;
[0115]步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為1:1 ；
[0116]步驟一中所述的固體堿為氫氧化鈉；
[0117]步驟一中所述的濃酸為質(zhì)量分數(shù)為37%的鹽酸；
[0118]二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為10mL/min和溫度為800°C的條件下煅燒2h，得到氮化鈮納米粒子；
[0119]三、配置氮化鈮-鎘鹽溶液:在溫度為25°C的條件下，將步驟二中得到的氮化鈮納米粒子分散在溶劑中，再向溶劑中加入鎘源，再在攪拌速度為200r/min和溫度為90 V的條件下攪拌反應Ih，即得到氮化鈮-鎘鹽溶液；
[0120]步驟三中所述的鎘源為乙酸鎘；
[0121]步驟三中所述的溶劑N，N-二甲基甲酰胺；[Ο? 22]步驟三中所述的氮化銀納米粒子的質(zhì)量與溶劑的體積比為0.05g: 90mL；
[0123]步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:100;
[0124]四、在溫度為100°C的條件下，向步驟三中得到氮化鈮-鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為300r/min和溫度為100°C的條件下攪拌反應2h，得到反應物質(zhì)B;
[0125]步驟四中所述的硫源為硫脲；
[0126]步驟四中所述的硫源中的硫元素與步驟三中所述的鎘源中的鎘元素的物質(zhì)的量比為1:1;
[0127]五、離心分離及洗滌、干燥:將步驟四中得到的反應物質(zhì)B在離心速度為4000r/min的條件下離心，去除離心液，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;使用有機溶劑對氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子洗滌4次，再在離心速度為4000r/min條件下離心分離5min，得到洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;將洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子在溫度為60°C條件下干燥Sh，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑；
[0128]步驟五中所述的有機溶劑為無水乙醇。
[0129]試驗三:一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0130]—、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為400 °C的馬弗爐中煅燒4h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 0C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗5次，再置于溫度為80 °C的電熱鼓風干燥箱中烘干8h，得到氮化鈮前驅(qū)體；
[0131 ]步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為1:10；
[0132]步驟一中所述的溫度為100°C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為300mL:1g;
[0133]步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為1:1;
[0134]步驟一中所述的固體堿為氫氧化鈉；
[0135]步驟一中所述的濃酸為質(zhì)量分數(shù)為37%的鹽酸；
[0136]二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為10mL/min和溫度為800°C的條件下煅燒2h，得到氮化鈮納米粒子；
[0137]三、配置氮化鈮-鎘鹽溶液:在溫度為25°C的條件下，將步驟二中得到的氮化鈮納米粒子分散在溶劑中，再向溶劑中加入鎘源，再在攪拌速度為200r/min和溫度為90°C的條件下攪拌反應Ih，即得到氮化鈮-鎘鹽溶液；
[0138]步驟三中所述的鎘源為乙酸鎘；
[0139]步驟三中所述的溶劑N，N_二甲基甲酰胺；
[0? 4O]步驟三中所述的氮化銀納米粒子的質(zhì)量與溶劑的體積比為0.05g: 90mL ；
[0141]步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:20;
[0142]四、在溫度為100°C的條件下，向步驟三中得到氮化鈮-鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為300r/min和溫度為100°C的條件下攪拌反應2h，得到反應物質(zhì)B;
[0143]步驟四中所述的硫源為硫脲；
[0144]步驟四中所述的硫源中的硫元素與步驟三中所述的鎘源中的鎘元素的物質(zhì)的量比為1:1 ；
[0145]五、離心分離及洗滌、干燥:將步驟四中得到的反應物質(zhì)B在離心速度為4000r/min的條件下離心，去除離心液，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;使用有機溶劑對氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子洗滌4次，再在離心速度為4000r/min條件下離心分離5min，得到洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;將洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子在溫度為60°C條件下干燥Sh，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑；
[0146]步驟五中所述的有機溶劑為無水乙醇。
[0147]試驗四:一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0148]—、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為400 °C的馬弗爐中煅燒4h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 0C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗5次，再置于溫度為80 °C的電熱鼓風干燥箱中烘干8h，得到氮化鈮前驅(qū)體；
[0149]步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為1:10;
[0150]步驟一中所述的溫度為100°C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為300mL:1g;
[0151 ]步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為1:1 ；
[0152]步驟一中所述的固體堿為氫氧化鈉；
[0153]步驟一中所述的濃酸為質(zhì)量分數(shù)為37%的鹽酸；
[0154]二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為10mL/min和溫度為800°C的條件下煅燒2h，得到氮化鈮納米粒子；
[0155]三、配置氮化鈮-鎘鹽溶液:在溫度為25°C的條件下，將步驟二中得到的氮化鈮納米粒子分散在溶劑中，再向溶劑中加入鎘源，再在攪拌速度為200r/min和溫度為90 V的條件下攪拌反應Ih，即得到氮化鈮-鎘鹽溶液；
[0156]步驟三中所述的鎘源為乙酸鎘；
[0157]步驟三中所述的溶劑N，N-二甲基甲酰胺；
[0? 58]步驟三中所述的氮化銀納米粒子的質(zhì)量與溶劑的體積比為0.05g: 90mL ；
[0159]步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:10;
[0160]四、在溫度為100°C的條件下，向步驟三中得到氮化鈮-鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為300r/min和溫度為100°C的條件下攪拌反應2h，得到反應物質(zhì)B;
[0161]步驟四中所述的硫源為硫脲；
[0162]步驟四中所述的硫源中的硫元素與步驟三中所述的鎘源中的鎘元素的物質(zhì)的量比為1:1 ；
[0163]五、離心分離及洗滌、干燥:將步驟四中得到的反應物質(zhì)B在離心速度為40000r/min的條件下離心，去除離心液，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;使用有機溶劑對氮化銀/硫化鎘復合納米粒子洗滌4次，再在離心速度為4000r/min條件下離心分離5min，得到洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;將洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子在溫度為600C條件下干燥Sh，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑；
[0164]步驟五中所述的有機溶劑為無水乙醇。
[0165]圖3是試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的透射電子顯微鏡照片;
[0166]從圖3可知試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑分散性明顯提高，且粒徑較小；
[0167]采用X射線衍射儀檢測試驗一至四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑、試驗一制備的純氮化鈮納米粒子和試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的晶相結(jié)構(gòu)，檢測結(jié)果如圖4所示；
[0168]圖4為X射線衍射圖，圖4中I為對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的X射線衍射曲線，2為試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，3為試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，4為試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，5為試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的X射線衍曲線，6為對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子的X射線衍曲線；
[0169]從圖4知，試驗一、試驗二、試驗三和試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑為氮化鈮和硫化鎘的混合晶相，隨著復合體中氮化鈮含量的提高，其特征衍射峰強度明顯增強。
[0170]采用氮氣吸附脫附技術(shù)檢測試驗一、試驗二、試驗三和試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑、對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子和對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的比表面積，檢測結(jié)果如圖5?圖10所示；
[0171]圖5為試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0172]圖6為試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0173]圖7為試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0174]圖8為試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0175]圖9為對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0176]圖10為對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的氮氣吸附脫附等溫線圖；
[0177]從圖5可知試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的比表面積為51.94平方米/克；
[0178]從圖6可知試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的比表面積為55.8平方米/克；
[0179]從圖7可知試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的比表面積為65.26平方米/克；
[0180]從圖8可知試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的比表面積為69.43平方米/克；
[0181]從圖9可知對比試驗一制備的純氮化鈮納米粒子的比表面積為80.03平方米/克；
[0182]從圖10可知對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的比表面積為34.06平方米/克；
[0183]測試了對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子、試驗一、試驗二、試驗三和試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性，如圖11所示。
[0184]將0.1g對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子、0.1g試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑、0.1g試驗二制備的氮化銀/硫化鎘復合納米粒子光催化劑、0.1g試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑和0.1g試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑分別加入到10mL甲醇質(zhì)量分數(shù)為20 %的甲醇水溶液中，再進行自然光照Oh?4.5h，氫氣產(chǎn)量隨照射時間的變化曲線如圖11所示。
[0185]圖11為光催化產(chǎn)氫活性曲線圖，圖11中I為對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子的光催化產(chǎn)氫活性曲線，2為試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線，3為試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線，4為試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線，5為試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性曲線；
[0186]從圖11可知，試驗一至試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑均隨照射時間的延長產(chǎn)氫量逐漸提高，表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑具有最高的光催化活性。
[0187]對比試驗二制備的純硫化鎘納米粒子在光照4h時，產(chǎn)氫量為103.3微摩爾每小時；試驗一制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑在光照4h時，產(chǎn)氫量為293.7微摩爾每小時;試驗二制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑在光照4h時，產(chǎn)氫量為409.6微摩爾每小時；試驗三制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑在光照4h時，產(chǎn)氫量為277.7微摩爾每小時;試驗四制備的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑在光照4h時，產(chǎn)氫量為104.4微摩爾每小時。
【主權(quán)項】
1.一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法是按以下步驟完成的: 一、制備氮化鈮前驅(qū)體:在溫度為25°c?35°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為300 0C?600 °C的馬弗爐中煅燒2h?6h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 °C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min?15mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗3次?5次，再置于溫度為50°C?100 0C的電熱鼓風干燥箱中烘干6h?12h，得到氮化鈮前驅(qū)體； 步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為(I?5):1O; 步驟一中所述的溫度為100 °C水的體積與焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量比為(200mL?500mL):1 g; 步驟一中所述的濃酸與濾液的體積比為(0.5?2):1; 二、制備氮化鈮納米粒子:將步驟一中得到的氮化鈮前驅(qū)體置于管式爐中，再在氨氣流速為5mL/min?20mL/min和溫度為700°C?900°C的條件下煅燒Ih?4h，得到氮化銀納米粒子； 三、配置氮化鈮-鎘鹽溶液:在溫度為25°C?35°C的條件下，將步驟二中得到的氮化鈮納米粒子分散在溶劑中，再向溶劑中加入鎘源，再在攪拌速度為100r/min?300r/min和溫度為80 °C?150 0C的條件下攪拌反應Ih?3h，即得到氮化鈮-鎘鹽溶液； 步驟三中所述的氮化銀納米粒子的質(zhì)量與溶劑的體積比為0.05g: 90mL； 步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1: (10?200); 四、在溫度為80°C?150°C的條件下，向步驟三中得到氮化鈮-鎘鹽溶液中加入硫源，再在攪拌速度為200r/min?400r/min和溫度為80°C?150°C的條件下攪拌反應Ih?3h，得到反應物質(zhì)B; 步驟四中所述的硫源中的硫元素與步驟三中所述的鎘源中的隔元素的物質(zhì)的量比為.1:1; 五、離心分離及洗滌、干燥:將步驟四中得到的反應物質(zhì)B在離心速度為3000r/min?.5000r/min的條件下離心，去除離心液，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;使用有機溶劑對氮化銀/硫化鎘復合納米粒子洗滌2次?5次，再在離心速度為3000r/min?4000r/min條件下離心分離5min?30min，得到洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子;將洗滌后的氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子在溫度為30°C?70°C條件下干燥5h?24h，得到氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述的固體堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和碳酸鉀中的一種或其中幾種的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述的五氧化二鈮與固體堿的摩爾比為1:10。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中所述的鎘源為氯化鎘、硝酸鎘和乙酸鎘中的一種或其中兩種的混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中所述的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇、無水乙醇、水、丁醇、異丙醇、環(huán)己烷和甲苯中的一種或其中兩種的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述的濃酸為質(zhì)量分數(shù)為36 %?38 %的鹽酸、質(zhì)量分數(shù)為60 %?70 %的硝酸和質(zhì)量分數(shù)為80%?90%的磷酸中的一種或其中幾種的混合液。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中所述的硫源為硫脲、硫粉、半胱氨酸、甲硫氨酸、胱氨酸和硫化鈉中的一種或其中兩種的混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟五中所述的有機溶劑為無水乙醇、甲醇、甲苯、丙酮和環(huán)己烷中的一種或其中兩種的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中所述的氮化鈮納米粒子與鎘源的摩爾比為1:200。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鈮/硫化鎘復合納米粒子光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中在溫度為25°C的條件下，將五氧化二鈮與固體堿混合均勻后置于溫度為.400 °C的馬弗爐中煅燒4h，得到焙燒產(chǎn)物;將溫度為100 0C水加入到焙燒產(chǎn)物中，再進行過濾，去除濾渣，得到濾液；以10mL/min的滴加速度向濾液中滴加濃酸，得到沉淀物質(zhì)A;使用蒸餾水對沉淀物質(zhì)A清洗5次，再置于溫度為80 V的電熱鼓風干燥箱中烘干Sh，得到氮化鈮前驅(qū)體。
【文檔編號】B01J27/24GK105854924SQ201610298011
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】曲陽, 付宏剛, 井立強, 李娜, 李志君
【申請人】黑龍江大學