[发明专利]一种硫化隔锌固溶体/石墨烯/g‑C3N4复合型光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料的合成技术领域，具体涉及一种硫化隔锌固溶体/石墨烯/g-C₃N₄复合型光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，随着人口的增长和社会的进步，对化石燃料的需求越来越大，但是化石燃料是不可再生资源且会造成温室效应，所以人类面临着两大挑战：能源短缺和环境污染，解决这些挑战的关键方法是寻求更好的方式来探索清洁能源。太阳能被认为是取之不尽的可再生资源，而半导体可将太阳能转化为化学能将水分解成氢气和氧气，这被认为是一种突破性的方法，既解决了能源短缺的问题又不造成环境污染。

g-C₃N₄具有类石墨状结构，具有良好的热稳定性和光催化性能，且具有较窄的禁带宽度（2.7eV），其导带电势比E_H2/H+更负，满足光解水制氢的条件。但纯的g-C₃N₄在反应的过程中光生电子和空穴很容易复合，导致其光解水产氢效率很低，大大阻碍了其工业化的发展。研究发现，将g-C₃N₄半导体材料与另外一种具有合适能级结构半导体进行复合能有效改善光生载流子的复合，进而提高其光催化活性。石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，具有超高的导电特性，可以作为两种半导体之间的桥梁，能够快速的转移电子，抑制电子跟空穴的复合，有效的降低光生电子和空穴的复合率，大大提高光催化性能。为提高g-C₃N₄量子点的光催化活性，将其与具有合适带隙结构的Zn_0.5Cd_0.5S和具有超强电子传导能力的石墨烯相复合，利用两种半导体的能级差使光生载流子在两者的导带和价带之间互相迁移，同时利用石墨烯的超强导电性，极大提升了g-C₃N₄半导体材料光生载流子的分离和量子效率，进而提高其光分解水制氢的催化性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种操作简单且易于实现的硫化隔锌固溶体/石墨烯/g-C₃N₄复合型光催化剂的制备方法，该方法制备的硫化隔锌固溶体/石墨烯/g-C₃N₄复合型光催化剂太阳能利用率高且光解水制氢性能好。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种硫化隔锌固溶体/石墨烯/g-C₃N₄复合型光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将尿素置于氧化铝坩埚中，再将氧化铝坩埚置于马弗炉中于500℃煅烧2h得到块状的氮化碳，该块状的氮化碳经超声分散、洗涤、干燥得到片状的g-C₃N₄；

（2）将1.25×10^-4mol醋酸镉和1.25×10^-4mol醋酸锌与去离子水混合均匀得到混合溶液，在搅拌状态下向混合溶液中加入0.15-1.5g步骤（1）得到的g-C₃N₄和0.015g石墨烯，搅拌10min后再向混合溶液中加入3.75×10^-4mol硫化钠，继续搅拌2h后将混合溶液转移至反应釜中，然后将反应釜放入微波消解仪中于160-180℃微波反应5-30min；

（3）待反应结束后将反应釜冷却至常温，经离心、洗涤、干燥得到Zn_0.5Cd_0.5S/石墨烯/g-C₃N₄复合型光催化剂。

进一步优选，步骤（2）中将1.25×10^-4mol醋酸镉和1.25×10^-4mol醋酸锌与去离子水混合均匀得到混合溶液中醋酸镉的摩尔浓度为0.001-0.01 mol/L。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、采用适宜的合成工艺制备出能带结构相匹配的Zn_0.5Cd_0.5S/石墨烯/g-C₃N₄复合型光催化剂，利用两种半导体之间的能级差能使光生截流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体微粒的能级上，同时利用石墨烯的超强导电性，从而极大提高光生电荷的分离效率和g-C₃N₄光催化剂的制氢性能；