一種硫化銦介孔空心微球光催化劑及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，利用簡單快速的水熱方法一步合成碳量子點修飾硫化銦(β-Ιη2&)介孔空心微球光催化劑，可用于可見光下降解甲基橙染料。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾十來，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展迅猛，因此全球所面臨的能源危機(jī)和環(huán)境污染十分嚴(yán)峻;而光催化技術(shù)具有高效、環(huán)境友好等特點，因此為環(huán)境保護(hù)提供了一種合理利用能源和治理環(huán)境污染的理想方法。
[0003]硫化銦是一種具有可見光活性的光催化劑，主要有三種晶系a-1n2S3，f3_In2S3和y-1n2S3;其中，P-1n2S3和其他兩種結(jié)構(gòu)的In2S3相比，具有更好的可見光光催化活性;β-1n2S3禁帶寬度為2.0-2.3eV，它擁有足夠高的價帶(1.2eV左右)可以實現(xiàn)空穴對有機(jī)物的降解，且其導(dǎo)帶電位位于_0.8eV附近，可以產(chǎn)生超氧自由基(.02—)，具有較高的氧化能力，為實現(xiàn)在可見光下降解有機(jī)物提供了理論依據(jù)。
[0004]目前已知的0-1n2S3的合成方法很多，例如水熱合成法、高溫固相反應(yīng)法、金屬有機(jī)分解法等;不同的合成方法會合成不同形貌的β_Ιη2&，而β-Ιη2&的性能和它的結(jié)構(gòu)是分不開的；在這些方法中，水熱法具有操作簡單、環(huán)境污染小等優(yōu)點，可以制備出具有結(jié)晶完好及結(jié)晶度高、分散性好、純度高以及粒度尺寸小的材料;且可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件來達(dá)到形貌可控;采用水熱法可以合成不同形貌的β_Ιη2&，例如一維的納米帶，納米管;二維的納米片以及三維的納米球。
[0005]但是純β_Ιη2&也具有嚴(yán)重缺陷:電子空穴復(fù)合迅速，在光催化降解過程中，如果電子空穴大量復(fù)合，.02—的產(chǎn)量將大大減少，進(jìn)而催化劑的光催化降解效率受到了很大影響；為了解決這種缺點，人們也做了大量的工作，比如將f3-1n2S3與C3N4、Bi2S3、InV04、RG0等材料復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)或采用Au、Ag貴金屬負(fù)載等方法來提高其光催化活性，但是這些方法存在材料合成價格昂貴、合成方法復(fù)雜等缺陷；本發(fā)明采用一種合成簡單、材料廉價、性能穩(wěn)定的新型碳材料碳量子點(CQDs)修飾0-1n2S3，進(jìn)而提高其光催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性。
[0006]迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)有人采用水熱法合成碳量子點修飾空心微球納米材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明屬于納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，利用簡單快速的水熱方法一步合成碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦(β_Ιη2&)光催化劑，可用于可見光下降解甲基橙染料。
[0008]本發(fā)明提供的一種可見光響應(yīng)的碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦(β-Ιη2&)光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
一.制備碳量子點
1.取檸檬酸和乙二胺溶于蒸餾水，攪拌5分鐘得到溶液Α。
[0009]2.將溶液Α轉(zhuǎn)移到30ml內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜，放入烘箱，在180°C溫度下反應(yīng)5小時。
[0010]3.待自然冷卻至室溫后，透析得到含有碳量子點的溶液Β。
[0011]4.溶液Β在14000r/min離心10分鐘，得到溶液C。
[0012]5.溶液C冷凍干燥24小時，得到碳量子點粉末。
[0013]二.制備量子點修飾介孔空心微球硫化銦
1.氯化銦和L-半胱氨酸溶于蒸餾水，攪拌得到溶液D。
[0014]所述的氯化銦和L-半胱氨酸的物質(zhì)的量之比為1:1.5，氯化銦與蒸餾水的摩爾體積比為:lmmol: 25ml。
[0015]所述攪拌時間為5分鐘。
[0016]2.在溶液D加入碳量子點，攪拌5分鐘得到溶液E。
[0017]所述碳量子點的加入量使得最終的光催化劑中碳量子點與P_In2S3的質(zhì)量比為
0.01-0.05:1ο
[0018]3.將溶液Ε轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，放入烘箱，在150°C下反應(yīng)24小時。
[0019]4.待自然冷卻至室溫后，離心得到暗紅色固體，用去離子水和乙醇交替洗滌三次，真空干燥，得到樣品。
[0020]本發(fā)明中碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦(i3-1n2S3)光催化劑的成功制備利用X射線衍射(XRD)對產(chǎn)物進(jìn)行確定，如圖1，XRD圖譜中出現(xiàn)了f3_In2S3的特征峰，與標(biāo)準(zhǔn)卡片73-1366符合。
[0021 ]本發(fā)明中碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦(i3-1n2S3)光催化劑的形貌由掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)確定，如圖2(a-c)為純In2S3的SEM圖，從圖中可以看出制備的催化劑為介孔微球；圖2(d-f)為碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦光催化劑的SEM圖，從圖中可以看出制備的催化劑為介孔微球，并且碳量子點的修飾對硫化銦的形貌沒有影響；圖3(a-b)為純In2S3的TEM圖，從圖中可以看出制備的催化劑為表面光滑的空心微球；圖3(c-d)為碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦光催化劑的TEM圖，從圖中可以看出制備的催化劑為空心微球，并且表面有碳量子點的存在。
[0022]位于硫化銦表面的碳量子點能很好的抑制硫化銦的光腐蝕，從而提高其光催化穩(wěn)定性;碳量子點導(dǎo)電能力極強(qiáng)，可以加快電子的傳導(dǎo)，大大降低光生電子和空穴的復(fù)合率，從而提高其光催化活性;碳量子點對光的吸收性能優(yōu)異，可以增強(qiáng)催化劑的光吸收能力。
[0023]形成介孔的優(yōu)勢在于:增大催化劑的比表面積，增加催化劑與污染物的接觸幾率，從而加快催化劑對污染物的降解。
[0024]本發(fā)明的另一個目的:一、提供制備碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦光催化劑的試驗方法;二、碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦光催化劑用于可見光下光催化降解有機(jī)染料污水。
[0025]有益效果
利用簡單快速的一步水熱法所制備的碳量子點修飾介孔空心微球硫化銦光催化劑，在可見光下降解甲基橙染料顯示出優(yōu)異的光催化活性;本發(fā)明工藝非常簡單，反應(yīng)時間較短，從而減少了能耗和反應(yīng)成本，便于批量生產(chǎn)，無毒無害，符合環(huán)境友好要求。
【附圖說明】
[0026]圖 1 p-1n2S3和3wt% CQDs/In2S3的XRD衍射譜圖。
[0〇27] 圖2 0-1n2S3的掃描電子顯微鏡照片(a_c)，3wt% CQDs/ I112S3的掃描電子顯微鏡照片(d-f)。
[0028]圖3i3_In2S3的投射電子顯微鏡照片(a-b)，3wt%CQDs/ In2S3的投射電子顯微鏡照片(c-d)ο
圖4 β_Ιη2&和CQDs/In2S3光催化劑的可見光催化降解甲基橙溶液的降解時間-降解率的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0029]對比例1 ln2S3的制備一.制備碳量子點
1.取1.0507 g檸檬酸和335 yL乙二胺溶于10 ml蒸餾水，攪拌5分鐘得到溶液A。
[0030]2將上溶液A轉(zhuǎn)移到30ml內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜，放入烘箱，在180°C溫度下反應(yīng)5小時。
[0031 ] 3.待自然冷卻至室溫后，透析得到含有碳量子點的溶液B。
[0032]4.溶液B在14000r/min離心10分鐘，得到溶液C。
[0033]5.溶液C冷凍干燥24小時，得到碳量子點粉末。
[0034]二.制