[发明专利]一种高稳定可见光催化活性的SnO2 PC/CdS QDs复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于材料化学领域和光电化学方法技术领域，涉及一种高稳定可见光催化活性的SnO₂ PC/CdS QDs复合光催化剂材料的制备方法。

背景技术

作为一种低能耗、环境友好、降解彻底的污染控制技术，光催化技术近年来广受关注。但常用的半导体催化剂由于量子效率低、不能利用可见光等缺点，成为限制其发展的瓶颈。目前，科学家们致力于提高光的利用率而设计出了多种新型半导体光催化剂。根据这些设计，对光催化剂的改性修饰主要可以分为两个方面：一方面通过引入金属离子、非金属离子、添加光敏剂以及复合其他半导体拓展催化剂的光响应范围，提高光能利用率，促进光生载流子生成；另一方面就是通过引入光电子结构来影响电子行为进而强化光与催化剂之间的作用，增加催化剂的吸光效率。

光子晶体对光具有良好的限制和调控功能。其最主要的特征是具有光子带隙（Photonic Band Gap，PBG）：频率位于带隙宽度内的光会由于布拉格反射和散射而无法通过材料，即带隙散射效应；频率处于光子带隙边缘的光会出现群速度减慢的现象，即慢光效应。光子晶体的禁带散射效应和慢光效应，可以强化光与催化剂之间的相互作用，增加催化剂的吸光效率，提高光催化活性。

作为一种宽带隙的n型半导体，SnO₂比TiO₂具有更好的电子接收能力。尤其是Sb掺杂的SnO₂半导体具有良好的电催化性能，有利于光生电子更好的转移，有效减小了电子-空穴的复合。而且SnO₂与导电玻璃（FTO）在晶形结构上非常相似，所以和FTO具有很好的结合效果。赵国华等人已经做了将Sb掺杂的SnO₂植入TiO₂纳米管中的研究，其表现出良好的光电催化性能，可在相同条件下完全矿化苯甲酸。但是，由于SnO₂带隙较宽（3.7eV）导致其对可见光（43%的太阳光能量）的利用率很低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高稳定可见光催化活性的SnO₂ PC/CdS QDs复合光催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高稳定可见光催化活性的SnO₂ PC/CdS QDs复合光催化剂的制备方法，该方法采用液相沉积法在FTO基底上制备出SnO₂光子晶体，然后利用声波消解辅助下的连续化学水浴沉积法，实现CdS量子点的敏化，从而制备出一种新型的SnO₂ PC/CdS 复合光催化剂。具体步骤如下：

（1）将FTO导电玻璃依次用丙酮、无水乙醇和纯水超声清洗，用吹风机吹干待用；

（2）将聚苯乙烯微球悬浮液用去离子水稀释至0.02~0.2wt%，并超声振荡使其均匀分散。将步骤（1）制备的导电玻璃垂直放入分散均匀的聚苯乙烯微球悬浮液中，随后放入烘箱中干燥8-10小时，形成聚苯乙烯微球模板；

（3）将SnCl₂、SbCl₃配置成二氧化锡溶胶，该溶胶中SnCl₂/SbCl₃质量比= 10:1~40:1，并保持磁力搅拌待用；

（4）将步骤（2）制备的聚苯乙烯微球模板垂直插入到步骤（3）溶胶中浸润，在常温下干燥。重复上述过程1-10次以保证二氧化锡溶胶充分浸润于模板空隙中，得到SnO₂光子晶体（SnO₂ PC）前驱体；

（5）将步骤（4）制备的SnO₂光子晶体前驱体用去离子水冲洗后晾干，并置于管式炉中煅烧以实现SnO₂的转晶和聚苯乙烯微球模板的去除，冷却至室温后取出得到SnO₂光子晶体（SnO₂ PC）；

（6）将步骤（5）制备的SnO₂光子晶体在超声条件下依次浸润于以下溶液：CdCl₂，Na₂S和纯水；

（7）重复步骤（6）2-20次（步骤（6）中所述每种溶液均重复2-20次），直至产生黄色样品，得到二氧化锡/硫化镉量子点（SnO₂ PC/CdS QDs）前驱体；

（8）将步骤（7）制备的黄色样品前驱体置于真空干燥箱中干燥，得到SnO₂ PC/CdS QDs复合光催化剂。