[发明专利]硫化镉/蓝黑色二氧化钛纳米线复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及材料领域，公开了提供一种硫化镉/蓝黑色二氧化钛纳米线复合光催化剂的制备方法，该方法包括：(1)采用纳米钛粉作钛源，通过碱溶液水热、酸性化合物溶液离子交换、真空焙烧过程，制备蓝黑色二氧化钛纳米线；(2)将蓝黑色二氧化钛纳米线置于含镉盐的溶液中，得到混合液A；(3)将含硫溶液滴入混合液A中，获得混合液B；(4)将混合液B进行冷凝回流反应，得到硫化镉/蓝黑色二氧化钛纳米线复合催化剂。本发明的光催化剂光吸收利用高，光生电子‑空穴复合严重及光催化分解H₂S活性好。

技术领域

本发明涉及一种硫化镉/蓝黑色二氧化钛纳米线复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

进入二十一世纪以来，能源短缺与环境污染已经成为人类面临的巨大挑战。太阳能，作为一种可再生、储量丰富的清洁能源，如果能够得到有效利用，将极大缓解这一问题。半导体材料的光电转换、光化学转换时利用太阳能的有效方式。硫化氢(H₂S)是石油化工以及化学合成工艺中会大量产生的一种有毒酸性气体，不仅会引起化工设备的腐蚀及金属催化剂的失活，造成环境污染，并且会危及人的生命安全。工业上广泛采用Claus工艺处理硫化氢气体，这一过程能耗大，易造成二次污染，且氢资源未得到有效回收利用。

利用半导体材料的光催化技术可以利用太阳光能在半导体光催化剂的作用下将H₂S分解，反应条件温和，不仅解决了环境污染问题，并且合理地利用了氢资源，使太阳能以燃料氢的形式得以收集和储存，是一种处理硫化氢气体的有效手段。光催化硫化氢分解制氢反应中常用的光催化剂材料包括，CdS、TiO₂光催化剂、复合光催化剂(CdS-TiO₂、CdS-ZnS等)、多元金属硫化物光催化剂(CdInS、CuInS、ZnCdS)等。其中TiO₂/CdS复合光催化剂由于其具有可见光吸收，较高的光生电子和空穴的分离率等，在光催化分解H2S产氢中表现出较高活性活性。

CN106622293A公开了一种H-TiO₂/CdS/Cu_2-xS纳米带的制备方法，首先将TiO₂纳米带进行酸腐蚀和还原气氛处理，得到表面粗糙的H-TiO₂纳米带：再利用化学浴沉积方法，在H-TiO₂纳米带表面修饰CdS纳米颗粒，得到H-TiO₂/CdS纳米复合物；最后通过离子交换的方法，用Cu⁺部分还原Cd²⁺，得到H-TiO₂/CdS/Cu_2-xS纳米带催化剂，解决现有的催化剂对太阳能转化率较低、成本较高的技术问题。参考文献《CdS/r-TiO₂复合催化剂的制备及其在光催化分解硫化氢制氢中的应用》公开了一种制备硫化镉/自掺杂二氧化钛的制备方法，通过溶解热制备氧化镉/自掺杂二氧化钛，然后通过浸入Na₂S溶液进行离子交换制备硫化镉/自掺杂二氧化钛，并应用于光催化分解硫化氢制氢。

然而CdS-TiO₂复合光催化剂的太阳能利用率，光生电子-空穴分离效率及光催化分解H₂S效率仍显不足，因此如何开发出可以有效吸收太阳光，有效抑制光生电子-空穴复合且具有高效光催化分解硫化氢产氢的光催化剂材料是急需解决的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是针对传统光催化剂光吸收利用率不足，光生电子-空穴复合严重及光催化分解H₂S活性差的问题，提供硫化镉-蓝黑色二氧化钛纳米线复合光催化剂及其制备方法和应用。

本发明提供一种硫化镉/蓝黑色二氧化钛纳米线复合光催化剂的制备方法，该方法包括：

(1)采用纳米钛粉作钛源，通过碱溶液水热、酸性化合物溶液离子交换、真空焙烧过程，制备蓝黑色二氧化钛纳米线；

(2)将蓝黑色二氧化钛纳米线置于含镉盐的溶液中，得到混合液A；