專利名稱：具有可見光響應的鋅摻雜硒化鎘光催化劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光催化劑，特別是涉及一種具有可見光響應的光催化劑。本發(fā)明還涉及上述催化劑的制備方法。本發(fā)明還涉及上述催化劑的用途。
背景技術：
21世紀全球性環(huán)境污染和能源危機日趨嚴重，如何有效開發(fā)利用太陽能來治理 環(huán)境污染，緩解能源危機，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，已成為當今世界各國急需解決的問題。半 導體多相光催化技術是一種新興的高級氧化技術，近年來已成為水污染控制領域的研究熱 點。光催化的研究起源于1972年，日本Fujishima和Honda在Nature雜志上報到，發(fā)現(xiàn)在 光輻射的二氧化鈦半導體電極和金屬電極所組成的電池中，可持續(xù)發(fā)生氧化還原反應，產(chǎn) 生氫氣，這一發(fā)現(xiàn)表明，半導體電極可以將光能轉化成化學能。從那時起，來自化學、物理、 材料等領域的許多科學家圍繞太陽能的轉化和儲存、光化學合成，進行了大量研究，探索其 發(fā)生機理，致力于提高光催化效率。隨后光催化氧化技術迅速發(fā)展，已逐漸被用于太陽能電 池、污水處理、防霧、自清潔涂層和抗菌材料等多種領域，尤其在污水處理方面的發(fā)展前景 更為廣闊。硒化鎘是禁帶寬度為1. 7eV的直接帶隙半導體材料，具有立方閃鋅礦和六方纖鋅 礦兩種晶體結構，其中立方相結構為亞穩(wěn)態(tài)，只能存在于較低溫度，高溫時轉變?yōu)榱较嘟Y 構。硒化鎘在常溫下可同時存在立方和六方兩種晶相。硒化鎘納米晶是半導體納米晶中研 究最廣泛，應用前景最好的一類II-VI族半導體納米晶，由于其具有重要的非線性光學性 質，發(fā)光性質及其他物理化學特性而備受世人的矚目。作為一種非常重要的半導體材料，已 經(jīng)在各種發(fā)光裝置，激光與紅外探測器件，紅外窗口與非線性光學材料和光敏傳感器等領 域展示了廣闊的應用前景。特別是硒化鎘能很好地吸收可見光，因而它是光化學催化劑的 首選材料。目前文獻報道的硒化鎘制備方法主要有以下幾種一是水熱/溶劑熱法水熱法 是指在高壓釜中，采用水溶液作為反應體系，通過將反應體系加熱到臨界溫度(或接近臨 界溫度)，在體系中產(chǎn)生高壓環(huán)境，從而進行無機合成和材料制備的方法；溶劑熱法是以有 機溶劑代替水形成新的溶劑體系。二是膠體化學法是在無水無氧的條件下，將反應前體注 入到高沸點的表面活性劑中，通過控制反應溫度控制納米晶的成核與生長過程。三是水相 合成法基本原理是在水中加入穩(wěn)定劑(如巰基化合物)，通過水相離子交換反應得到納米 粒子。水相合成法操作簡單，毒性小，成本低。另外，還有熱解有機金屬化合物法、溶膠凝膠 法等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的意義在于提供一種具有可見光響應的光催化劑，這種鋅摻雜硒化鎘光催 化劑，既能有效的被可見光激發(fā)，又能保持良好的穩(wěn)定性和較高的催化活性，同時制備工藝簡單、成本低廉。本發(fā)明提供的光催化劑是由鋅和硒化鎘顆粒組成，其特征在于該催化劑是由鋅和 硒化鎘組成。鋅離子和鎘離子的摩爾比為0. 0001 1 1，硒化鎘粒子直徑在1個納米到 10微米之間。本發(fā)明的具有可見光響應的鋅摻雜硒化鎘光催化劑的制備方法如下按0.0001 1 1的摩爾比將一定量的可溶性鎘鹽和鋅鹽溶于20ml 25%的氨水 中，待完全溶解后，加入含有一定量硒粉的40ml 80%的水合胼，充分攪勻后，裝入70ml的 高壓反應釜中，在110 180°C的烘箱中反應3 24個小時。反應結束后，自然冷卻至室 溫，收集沉淀抽慮、洗滌、干燥，最后得到鋅摻雜硒化鎘光催化劑。本發(fā)明的具有可見光響應的光催化劑可用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有 機污染物和重金屬離子的光催化處理。以下具體說明本發(fā)明的效果。在可見光輻射下降解亞甲基藍的光催化活性測試具 體方法和條件如下催化劑的光催化氧化活性是在自制的光催化反應器中進行。采用300W氙燈(λ > 420nm)為輻射光源，反應液為250mL IOmg · Γ1的亞甲基藍水溶液，催化劑加入量為1. Ogo 在劇烈的攪拌下每隔一定時間抽取少量反應液，在665nm處測定溶液吸光度。再根據(jù)亞甲 基藍的濃度_吸光度標準曲線確定溶液濃度。
具體實施方案實施方案1將0. Olmol的乙酸鋅和0. Olmol的氯化鎘溶于20ml氨水中，攪拌均勻后加入含有 0. 02mol硒粉的水合胼溶液，劇烈攪拌15min后，將全部溶液轉入70ml反應釜中，在110°C 反應10h，反應結束后，將釜冷卻至室溫，收集沉淀、抽濾、用一定量的蒸餾水和無水乙醇洗 滌數(shù)次后，在80°c真空干燥6h，得到催化劑。實施方案2
將實施方案1中的氯化鎘變?yōu)橐宜徭k，其它條件不變。
實施方案3
將實施方案1中乙酉髮鋅的摩爾數(shù)變?yōu)?. 005mol，其它條件不變。
實施方案4
將實施方案1中乙酉髮鋅的摩爾數(shù)變?yōu)?. OOlmol，其它條件不變。
實施方案5
將實施方案1中的反應溫度變?yōu)?20°c，其它條件不變。
實施方案6
將實施方案1中的反應溫度變?yōu)?30°C，其它條件不變。
實施方案7
將實施方案1中的反應溫度變?yōu)?40°C，其它條件不變。
實施方案8
將實施方案1中的反應時間變?yōu)?0h，其它條件不變。
實施方案9
4
將實施方案1中的反應時間變?yōu)?5h，其它條件不變。本發(fā)明所制得的光催化劑可負載于載體上，本發(fā)明不限于以上實施方案。對實施方案中所得光催化劑進行了可見光照射下的光催化反應測試，具體結果如 表1。表1鋅摻雜硒化鎘光催化劑的催化性能
樣品編號可見光輻射Ih 亞甲基藍降解率實施方案196%實施方案293%實施方案389%實施方案482%實施方案593%實施方案690%實施方案786%實施方案885%實施方案989%
權利要求
一種可見光響應的鋅摻雜硒化鎘光催化劑，其特征在于該光催化劑的成份是鋅和硒化鎘；鋅離子與鎘離子的摩爾比為0.001～1∶1；硒化鎘直徑在1個納米到10微米之間。
2.根據(jù)權利要求1的一種光催化劑，其特征在于光反應在可見光、紫外光和太陽光下 進行。
3.一種制備權利要求1所述光催化劑的方法中，其特征在于所述的鎘鹽和鋅鹽為可溶性二價鹽。
4.一種制備權利要求1所述光催化劑的方法，采用水熱法生產(chǎn)工藝，其特征在于該方 法中的反應溫度為110 180°C，保溫時間為3 24小時。
5.根據(jù)上述任一項權利要求所述的光催化劑用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有 機污染物和重金屬離子的光催化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有可見光響應的鋅摻雜硒化鎘半導體光催化劑納米材料及其制備方法，屬于無機材料制備領域。該催化劑是由鋅和硒化鎘組成，本發(fā)明制備的鋅摻雜硒化鎘光催化劑具有很好的可見光吸收性能，擁有優(yōu)秀的可見光降解有機污染物的活性。本發(fā)明具有成本低、制備工藝簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點。
文檔編號C02F101/20GK101927174SQ20091006946
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者宋立民 申請人:天津工業(yè)大學