[发明专利]一种改性的N,S-GQDs@CdS纳米催化剂及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种改性的N,S‑GQDs@CdS纳米催化剂及其制备与应用，所述催化剂以CdS为核，表面生长N,S‑GQDs，两者之间通过共价键进行连接，所述N,S‑GQDs为氮元素和硫元素掺杂的石墨烯量子点。制备方法具体包括以下步骤：(a)取柠檬酸和硫脲溶解在水中并超声分散，后转移到反应器中进行水热反应，之后依次进行冷却、旋蒸和干燥，得到N,S‑GQDs；(b)取步骤(a)得到的N,S‑GQDs溶解在水中，再加入二水合乙酸镉、聚乙烯吡咯烷酮和硫代乙酰胺混合并超声分散，后转移到反应器中进行水热反应，之后依次进行冷却、洗涤和干燥，得到N,S‑GQDs@CdS。与现有技术相比，本发明的光催化剂可以扩大光吸收范围并有利于空穴‑电子分离，还可以提高催化效率，在紫外光条件下对亚甲基蓝有着良好的降解能力。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种改性的N,S-GQDs@CdS纳米催化剂及其制备与应用。

背景技术

催化剂最早由瑞典化学家贝采里乌斯发现，距今已有100多年的历史。催化剂的种类很多，而且在化工生产中具有重要而广泛的应用。其中，光催化剂是于1972年由Fujishima在紫外光照射下用TiO₂降解水时发现的，从此引起了半导体光催化剂研究的热潮，目前光催化消除和降解污染物成为了一个较活跃的研究方向。半导体光催化剂是以TiO₂、银基半导体、钨基半导体、ZnO、CdS等半导体材料为基础进行光催化降解的一类物质的总称。光催化剂主要利用太阳光和紫外光发射的能量大于半导体材料的能隙，光照时会激发半导体中价带电子跃迁到高能导带，从而在价带留下电子、空穴，由此产生一部分光生电子(e^-)和空穴(h⁺)扩散到光催化剂的表面，最终与吸附在光催化剂表面的电子或电子受体发生氧化还原反应，从而形成由光催化剂的活性基团引发的系列化学反应，这类光催化剂具有合适的能带电位、高化学稳定性、无毒无害、较高的光电转换效率、低成本、高活性等优点，这些优点使其成为化工生产中不可替代的优选材料，主要应用于有机合成、催化化学、环境治理、电化学和生物化学等领域。

但是，传统的光催化剂一般为单一光催化剂，在光照过程中产生的光生电子和空穴容易发生自身复合，会导致光生电子和空穴数量的减少，进而导致催化剂表面的活性位点丢失，降低光催化效率，这阻碍了光催化剂的进一步发展。而改性的石墨烯量子点集量子限域、尺寸效应及边缘效应于一体，还兼具良好的水溶性、低生物毒性、优异的化学惰性、稳定的荧光性、较易的表面修饰性能、优异的发光性能和带隙可调等优势，其在化学传感、生物成像、医学治疗和能源相关领域具有广阔的应用前景。因此，对传统光催化剂进行改性制备出高效率的光催化剂势在必行，如何通过改性光催化剂或者多种光催化剂的相互结合提高有效活性位点，降低光照过程中产生的光生电子和空穴自身的复合率，提高光催化效率已经成为现如今研究的热点。

发明内容

本发明的目的就是提供一种改性的N,S-GQDs@CdS纳米催化剂及其制备与应用，光催化剂可以扩大光吸收范围并有利于空穴-电子分离，还可以提高催化效率，在紫外光条件下对亚甲基蓝有着良好的降解能力。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种改性的N,S-GQDs@CdS纳米催化剂，所述催化剂以CdS为核，表面生长N,S-GQDs，即硫化镉是核，N,S-GQDs负载在其表面，CdS呈球形形状，N,S-GQDs的粒径为2-7nm，CdS的粒径为700-905nm，两者之间通过共价键进行连接，其中，GQDs代表石墨烯量子点(Graphene quantum dot)，N,S-GQDs指的是被氮元素和硫元素掺杂的石墨烯量子点，呈球形形状的CdS比表面积将会大大增加，在光照时光生电子和空穴在硫化镉表面进行传递的速率将会增加，有利于增加光催化效率。

一种如上述所述的改性的N,S-GQDs@CdS纳米催化剂的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：