[发明专利]一种复合半导体光催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，具体涉及复合半导体光催化剂及其应用。

背景技术

随着石油、煤、天然气等化石能源的日益匮乏，开发清洁、低廉、可再生能源成为研究的热点。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，利用太阳能进行光催化产氢，一直是光催化领域的研究热点之一。

光催化剂是一种将太阳能转换为化学能的半导体材料。科研工作者对许多半导体光催化剂光催化性能的基础进行了研究，如TiO2、Cu₂S、ZnS、NiFe2O4、CdS、Bi₂S₃、CoFeO4、CoO/CdS和CdS/TiO₂等。在众多光催化剂中，CdS和TiO2由于其独特的优势而备受关注。

由于TiO2具有优异的化学稳定性、环境友好和价格低廉等优势，因此，TiO2一直都是光催化领域的研究热点之一。由于TiO2的禁带宽度比较大(3.2 eV)，只能在紫外光下才能进行光催化分解水制氢，因此，纯TiO2进行光催化产氢无实际意义。

CdS的禁带宽度为2.4 eV左右，并且具有优异的可见光响应特性。大量研究结果表明，虽然CdS具有一定的光催化活性，但是，CdS容易发生光腐蚀现象，而且光催化产氢活性低、易于团聚等缺陷，极大地限制其在光催化领域的应用。为了解决CdS存在的缺陷，科研工作者在改善CdS的光腐蚀和光催化产氢活性等方面进行了大量的研究工作。目前，CdS改性的方法主要有：①负载贵金属；②(元素或者离子)掺杂改性；③载体负载(如CdS负载在分子筛上)等，但改性后的效果都不明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合半导体光催化剂，缩短了CdS和TiO₂之间的传递距离，减缓CdS表面的光腐蚀速率，不仅可以提高CdS在TiO₂表面的分散效果，而且延长了CdS使用寿命的同时，又提高了CdS的光催化活性。

本发明的另一目的是提供复合半导体光催化剂在有机污染物降解和水分解制氢方面的应用。

一种复合半导体光催化剂，采用如下方法制备：

（1）将交联剂和钛酸四乙酯混合，在70-100℃条件下反应5-15h，得到二氧化钛前驱体；在溶剂中，将所述二氧化钛前驱体和镉盐在20～80℃下反应2～7 h，除去溶剂，得到前驱体溶液；

（2）将所述前驱体溶液、分散剂和溶剂混合，于20-50 ℃搅拌反应0.5-5 h，除去溶剂，得到凝胶；

（3）将所述凝胶先在氮气保护下进行处理，然后经研磨、酸洗涤、水洗涤、干燥得到所述复合半导体光催化剂；所述在氮气保护下进行处理的方法具体如下：200℃～250℃热处理3 h～10 h，300 ℃～350 ℃焙烧3 h～10 h，400 ℃～450 ℃下焙烧3 h～10 h，450 ℃～500 ℃下焙烧3 h～10 h。

所述交联剂为巯基乙醇、巯基丙醇、巯基丁醇中的任一种或两种以上。

所述镉盐为无水亚硫酸镉、无水氯化镉、无水溴化镉、无水磷酸镉、无水亚磷酸镉、无水次磷酸镉、无水硫酸镉、无水乙酸镉、无水油酸镉、无水草酸镉、结晶亚硫酸镉、结晶氯化镉、结晶溴化镉、结晶磷酸镉、结晶亚磷酸镉、结晶次磷酸镉、结晶硫酸镉、结晶乙酸镉、结晶油酸镉、结晶草酸镉中的任一种或两种以上。

步骤（1）中交联剂和钛酸四乙酯质量比为 (0.001～90)∶(0.001～50)；所述镉盐与交联剂的质量比为：(0.001～70)：1。

步骤（1）中所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、甲基戊醇、羧甲基纤维素钠、纤维素衍生物、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸类、脂肪族聚乙二醇酯、聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类中的任一种或两种以上。

步骤（2）中所述前驱体溶液和分散剂的质量百分比为(0.001～90)∶(0.001～20)。

步骤（2）中搅拌的转速为20-60 r/min。

所述蒸馏脱除乙醇的方法为：蒸馏温度为40-100 ℃、压力为-0.01～-0.1 Mpa。

所述复合半导体光催化剂在有机污染物降解和水分解制氢方面的应用。