[发明专利]一种Cd-Nd-S/TiO2

说明书

本发明公开了一种可见光下有高效光催化性能的Cd‑Nd‑S/TiO₂‑NTs纳米复合无机材料的制备方法，通过电化学工作站，在低碳醇类、氟化物与超纯水配制的电解液中经阳极氧化法制备TiO₂‑NTs前驱体，控制氧化电压、氧化时间，程序升温焙烧，得到性能优良的TiO₂‑NTs。将TiO₂‑NTs浸入硝酸镉、硝酸钕和有机含硫化合物的醇溶液中，超声处理后转入到高压反应釜中反应，样品程序升温焙烧，获得Cd‑Nd‑S/TiO₂‑NTs复合材料，并用于光电转换和光催化降解甲基橙。本发明提出一种具有良好的可见光下光电转换和光催化性能复合材料的制备方法及应用。

技术领域

本发明属于新材料及其制备技术领域，涉及一种CdS/Nd₂S₃（Cd-Nd-S）负载TiO₂纳米管（NTs）复合光催化剂的制备，Cd-Nd-S/TiO₂-NTs在可见光照射下有良好的光电转换和光催化性能。

背景技术

水体污染已成为制约全球经济快速发展的主要问题之一，各国每年需要投入大量的人力物力去治理污水，将绿色环保的光催化技术应用于污水处理已备受科学家们的广泛关注。利用太阳光将水中有机和无机污染物分解或者氧化还原成对环境无污染的物质，具有低能耗，绿色环保等特点。但现有大部分光催化材料可见光下反应活性不理想，光催化量子效率也普遍偏低，稳定性不高，使光催化材料的实际应用还有相当的距离。寻找新的光催化材料，采用新的制备方法，将不同性能材料的复合等工作对解决光催化技术能真正应用于环境保护、新能源等方面具有重要的意义。

利用电化学阳极氧化法合成的TiO₂-NTs在太阳能电池、光清洁污水、清洁空气、气体传感器、催化剂和变色元件等许多的领域得到广泛的应用。TiO₂-NTs被作为光电极时，能表现出较高的光催化活性，这是因为TiO₂-NTs的结构能够极大地促进光生电子和空穴的高效分离。而且TiO₂-NTs对光的吸收和反射性能要优于其它光催化材料。然而，锐钛矿型TiO₂的带隙较宽，在可见光吸收上有很大的局限性，为了对TiO₂进行性能优化，以使其在可见光区域有吸收作用，科研工作者做了大量的研究，其中与带隙能相对较窄半导体的复合是一种最有效的方法。

金属硫化物是一类禁带宽度相对较窄的化合物，研究者们发现形成多元金属硫化物光催化剂可调节复合材料的能带结构和带隙宽度，使其吸收边带红移，实现复合光催化剂在可见光区域的响应。CdS (2.4eV)为窄带隙立方晶相化合物，具有良好的导热，导电以及光学特性，对可见光具有强烈的光电效应，可应用于光电管和太阳能电池，但是CdS容易发生光腐蚀。Nd₂S₃（2.7eV）是也是一种窄带隙半导体，具有很好的化学稳定性，单一的Nd₂S₃在光催化领域中没有太多的应用。将两种硫化物复合后，通过中间带隙和异质结的形成，调节价、导电位而有效提高可见光响应和光生电荷的利用，而且少量Nd₂S₃掺入能增强CdS的稳定性，抑制纳米粒子的团聚。利用上述复合硫化物的可见光响应能力强，TiO₂-NTs具有快速转移光生电子的能力，将其负载于TiO₂-NTs，将会极大提高复合材料的光电转换性能和可见光下的光催化能力。

本发明以硝酸镉，硝酸钕和有机硫化物为原料，在醇溶剂的条件下，通过电化学方法制备得到Cd-Nd-S/TiO₂-NTs复合光催化剂，考察了材料的光电转换和光催化降解性能。

发明内容