[发明专利]一种CdS量子点/超薄g-C3N4纳米片复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CdS量子点/超薄g-C₃N₄纳米片复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

能源是人类活动的基础及人类社会发展的物质前提，与传统的化石能源(如煤、石油)相比，氢气能是一种清洁能源，它可以从水中获得，完全燃烧后的产物是水，不会对环境造成任何污染，是世界上最干净的能源。虽然目前利用天然气、石油、煤等化石能源通过热化学法制取氢的技术比较成熟，但它既不经济，又不环保，而电解水的方法耗能较大，如果我们可以利用可再生能源（如太阳能）分解水产生氢气，那么氢气可以称为真正的“绿色能源”。

1972年Fujishima首次报道了可在以TiO₂为光阳极的光电化学电池中,用紫外光照射光阳极使水分解为H₂和O₂，这是具有“里程碑”意义的一个重要发现,这预示着人们能利用廉价的太阳能通过半导体催化使水分解从而获得清洁的氢燃料。近年来，由于TiO₂具有廉价、无毒等优点被而广泛应用在光催化研究的各个领域。但是这种光催化剂在实际应用中并不理想，存在着可见光利用率低、不易回收、制备条件苛刻、光生电子和空穴容易复合等缺点。因此，有必要探索和开发新型的光催化剂。

石墨烯状C₃N₄，简称为g-C₃N₄，因其优异的物理性能和光电性能成为当今研究的热材料。2008年，福州大学王心晨等以12 nm的硅溶胶为模板，以氰胺为原材料，合成了介孔g-C₃N_4/r （1.5、3.75、7.5、12.25 g硅溶胶对应的 r = 0.2、0.5、1、1.5），即mpg-C₃N_4/r用mpg-C₃N_4/r做还原水制H₂的实验，100 mL的水中含体积分数为10%的三乙醇胺作为牺牲剂，在波长大于420 nm的可见光照射下，未修饰的mpg-C₃N_4/0.5产氢速率为0.2 μmol/h，而光沉积法负载质量分数为3%的Pt的mpg-C₃N_4/0.5产氢速率达到142 μmol/h。

2010年，日本国立材料研究所Zhang等以双氰胺和离子液体BmimPF₆为原材料合成P-g-C₃N₄，从其XPS分析可知存在133.5 eV的峰，为典型的P-N键的峰，并且其中不存在P-C的特殊峰，说明C元素被P元素所取代。由于P元素的掺杂含量较少，P-g-C₃N₄保持较完整的g-C₃N₄结构，但明显改变了g-C₃N₄的电子结构，使得其在暗处的电导率提高了4个数量级，并且光电流的产生提高了5倍，这对于光催化剂g-C₃N₄应用的推广有重要的意义。

2011年，德国马普胶体与界面研究所Li等合成了石墨烯薄膜/g-C₃N₄，由于石墨烯薄膜的层间结构与g-C₃N₄的相似，并且石墨烯非常坚固牢靠，在室温下传递电子的速度比导体都快，因此石墨烯薄膜可作为电子的给体来修饰g-C₃N₄。石墨烯薄膜/g-C₃N₄具有优秀的选择氧化亚甲基为酮的能力，氧化环己烷生成环己酮的收率为12%，选择性为94%；氧化苯乙烷生成苯乙酮的收率为12%，选择性达99%。