[发明专利]具有可见光响应的硒掺杂硫化物光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂，特别是涉及一种具有可见光响应的光催化剂。

本发明还涉及上述催化剂的制备方法。

本发明还涉及上述催化剂的用途。

背景技术

20世纪70年代，日本科学家Fujishima和Honda等首次发现了半导体TiO₂在紫外光照射下具有分解水的功能，从此，半导体光催化成为最活跃的交叉学科研究领域之一。利用光催化降解手段消除有机污染物是近年来日益受到重视的一项新技术，因其在有机废水的深度处理及环境净化等领域中所发挥的巨大潜能，光催化降解处理有机污染物已受到人们的广泛关注，许多有机化合物如烃类、卤代烃类、有机酸类、硝基芳烃、多环芳烃、取代苯胺、杂环化合物、表面活性剂、酚类、农药、细菌等都能有效地进行光催化降解反应，生成无机小分子，最终消除对环境的污染。该技术不会产生二次污染，应用范围相当广泛，且降解反应在常温常压下即可进行。光催化降解是指有机污染物在光照下，通过催化剂实现分解。所以光催化剂是光催化过程的关键部分，它的光催化活性是这项新技术能否实用化的决定性因素。

硫化物的禁带宽度常常比较窄，具有很高的光催化活性，能够被可见光激发而进行光催化分解水或降解有机污染物，且其结构简单，容易制备。但诸多研究表明，许多窄禁带半导体本身在紫外一可见光照射下，往往表现出不稳定性，即产生光蚀现象。由此可见，要应用硫化物晶体作为光电器件、光催化剂，我们首先必须提高其稳定性，通过对它进行掺杂、复合、负载等过程形成一系列的改性纳米粒子，从而改变其表面的微环境，改善硫化物晶体的光稳定性，提高其光催化活性和稳定性。

发明内容

本发明的意义在于提供一种具有可见光响应的光催化剂，这种硫化物光催化剂，既能有效的被可见光激发，又能保持良好的稳定性和较高的催化活性，同时制备工艺简单、成本低廉。

本发明提供的光催化剂是由硒掺杂的半导体硫化物颗粒组成，其特征在于该催化剂是由硒掺杂的硫化锌、硫化镉、三硫化二铋中的一种组成。硒离子和其它金属离子的摩尔比为0.001～1，硫化物粒子直径在5个纳米到10微米之间。

本发明的具有可见光响应的硒掺杂硫化物光催化剂的制备方法如下：

将一定量的可溶性金属盐和硫化物溶于一定量的水合肼中，然后加入一定量的硒代硫酸钠，剧烈搅拌10min后，将上述溶液转入100mL反应釜中，在100～200℃晶化3～24小时，反应完毕后反应釜自然冷却至室温，所得沉淀用去离子水洗涤至中性，所得产物在80℃下真空干燥3小时，得最终产物。其中，上述过程中可溶性金属盐为锌盐、镉盐和铋盐，可溶性硫化物指的是硫化钠、硫代乙酰胺和硫脲。

本发明的具有可见光响应的光催化剂可用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。

具体实施方案

实施方案1

将0.01mol的氯化铋和0.1mol的硫化钠溶于50ml水合肼中，然后加入0.003mol的硒代硫酸钠，剧烈搅拌10min后，将上述溶液转入100mL反应釜中，在180℃晶化12小时，反应完毕后反应釜自然冷却至室温，所得沉淀用去离子水洗涤至中性，所得产物在80℃下真空干燥3小时，得最终产物。

实施方案2

将实施方案1中的氯化铋变为氯化锌，其它条件不变。

实施方案3

将实施方案1中的氯化铋变为氯化镉，其它条件不变。

实施方案4

将实施方案1中的氯化铋变为硝酸铋，其它条件不变。

实施方案5

将实施方案1中的硫化钠变为硫代乙酰胺，其它条件不变。

实施方案6

将实施方案1中的硫化钠变为硫脲，其它条件不变。

实施方案7

将实施方案1中的晶化时间由12小时变为6小时，其它条件不变。

实施方案8

将实施方案1中的晶化时间由12小时变为24小时，其它条件不变。

实施方案9

将实施方案1中的晶化温度由180℃变为200℃，其它条件不变。

实施方案10

将实施方案1中的晶化温度由180℃变为160℃，其它条件不变。

实施方案11

将实施方案1中的晶化温度由180℃变为140℃，其它条件不变。

本发明所制得的光催化剂可负载于载体上，本发明不限于以上实施方案。