[发明专利]一种金属/非金属掺杂的硫化锌铜光催化剂及制备方法

说明书

本发明属于光催化剂的技术领域，提供了一种金属/非金属掺杂的硫化锌铜光催化剂及制备方法。该方法在较低的温度下制备了硫化锌铜光催化剂，并原位掺杂金属镧、铈，再进一步通过磁控溅射掺杂非金属氮，制得金属/非金属掺杂的硫化锌铜光催化剂。与传统方法相比，本发明采用金属镧、铈及非金属氮对硫化锌铜进行掺杂处理，制得的光催化剂禁带宽度较窄，可见光利用率较高，且光生电子与空穴不易复合，光催化效率高，可广泛用于光解水制氢及有机废水处理领域。

技术领域

本发明属于光催化剂的技术领域，提供了一种金属/非金属掺杂的硫化锌铜光催化剂及制备方法。

背景技术

半导体光催化剂的主要研究领域包括：（1）以太阳光能为能源，以空气中的氧气为氧化剂促使水和空气中的有机污染物彻底分解成CO₂、H₂O和其它无机盐，是一种理想的污染物控制技术；（2）利用太阳能将水分解为氢气和氧气等化学能，是氢能经济的重要组成部分；（3）将太阳能直接转变为电能。半导体光催化技术具有室温深度反应和可以直接利用太阳能驱动反应等独特性能，在环境污染治理和洁净能源转换等方面表现出广阔的发展前景。

半导体光催化剂的基本催化过程为入射光的能量大于半导体的带隙能时，将激发半导体中价带的电子 跃迁到高能导带，从而在价带留下空穴。由此产生的一部分光生电子和空穴将扩散到催化剂的表面，最终与吸附在催化剂表面的电子受体或电子给体发生氧化还原反应，形成光催化反应的活性基团引发系列化学反应。此外，产生的光生电子和空穴还可自身直接复合，以光和热的形式将能量释放出去，而被自身复合消耗掉。因此，光生电子和空穴的复合会降低光催化反应效率。

半导体光催化剂的光催化效率的提高，主要是降低光生电子和空穴的复合概率，研究者进行了广泛的尝试，如贵金属负载，金属离子、非金属离子掺杂，染料敏化半导体以及半导体耦合等。目前常用的光催化剂主要有金属氧化物、硫化物等，其中硫化物中的三元化合物硫化锌铜成为备受关注的新秀，对其催化效率提高的研究越来越多。

中国发明专利申请号201410181986.7公开了一种亚铜离子掺杂的硫化锌铜纳米线可见光催化剂的快速合成法和应用，本发明采用压力微波辅助合成法，用水做溶剂，二价锌盐为锌源，铜纳米线为基底，经过硫源硫化，清洁快速合成了具有较高可见光活性的亚铜离子掺杂的硫化锌铜纳米线可见光催化剂。能广泛应用于光解水制氢、太阳能电池、抗菌、光催化处理污染物等领域。该发明的缺点是光生电子与空穴对容易复合，导致催化效率低，应用受到限制。

综上所述，现有技术中用于光催化污水处理、光解水制氢等领域的催化剂中，硫化锌铜光催化剂存在禁带宽度较宽导致可见光利用率低，光生电子与空穴对容易复合导致催化效率低等缺陷，因此开发一种可见光利用率高、催化效率高的硫化锌铜光催化剂，有着重要的意义。

发明内容

可见，现有技术的硫化锌铜光催化剂存在禁带宽度较宽导致可见光利用率低，光生电子与空穴易复合导致催化效率低的缺陷。针对这种情况，本发明提出一种金属/非金属掺杂的硫化锌铜光催化剂及制备方法，有效提高了光催化剂的可见光利用率，并且抑制了光生电子与空穴的复合，制得的光催化剂的催化效率高。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种金属/非金属掺杂的硫化锌铜光催化剂的制备方法，所述硫化锌铜光催化剂制备的具体步骤如下：

（1）将铜盐、锌盐加入醇/水溶液中，然后加入硝酸镧、硝酸铈，搅拌均匀，调节pH值至4~5，制得混合溶液A；

（2）将硫源加入醇/水溶液中，搅拌均匀，制得溶液B；

（3）在搅拌状态下将溶液A缓慢滴入溶液B中，继续搅拌反应120~150min，过滤、洗涤、真空干燥，制得镧、铈掺杂的硫化锌铜纳米粒子；