CdS/In₂S₃/CoS复合光催化剂及其制备方法

专利名称：CdS/In₂S₃/CoS复合光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化材料及其制备方法。
背景技术：
当今世界，各国对能源问题和环境问题都给予了高度关注。随着社会和经济的飞速发展，人类对不可再生资源的需求日益增大，化石燃料已经不能满足人们对能源的需求。 人类对自然的过度开发，造成了严重的环境污染和环境破坏，同时燃烧化石燃料产生的二氧化碳等温室气体造成的“温室效应”也日益严重，开发洁净、高效的新能源已经迫在眉睫、 刻不容缓。因此开发新的可再生清洁能源，是当前研究的热点。H2燃烧值高、无毒无臭、产物对环境友好，是可再生能源。H2可直接做燃料电池的燃料，为电动车提供动力，也可将氢能转化为电能，为用电器供电，是十分有应用前景的新能源，已被普遍认为是最有希望替代现有化石能源的绿色能源。因此，把太阳能转化为氢能，发展高效、低成本的太阳能规模化制氢技术具有重大的社会、经济效益。1972年日本科学家Fujishima课题组首次发现在紫外光辐照下，TiO2可以在常温下将H2O分解为H2和02，自此利用太阳能通过光催化的方法分解水的报道逐渐增多。目前， 利用光分解H2O制氢的催化剂存在催化活性低、在可见光下产氢率低的缺陷。

发明内容
本发明是要解决现有利用光分解H2O制氢的催化剂活性低、在可见光下产氢率低的问题，提供CdS/In2S3/CoS复合光催化剂及其制备方法。本发明CdS/In2S3/CoS 复合光催化剂是由 Cd(Ac)2 · 2H20、Co(Ac)2 · 4H20、 InCl3 · 4H20和硫代乙酰胺制成；其中Cd(Ac)2 · 2H20与InCl3 · 4H20的摩尔比为3 0. 1 1，Cd(Ac)2 · 2H20 与 Co (Ac)2 · 4H20 的摩尔比为 3 0. 01 1，Cd(Ac)2 · 2H20 与硫代乙酰胺的摩尔比为1 3 12。本发明CdS/In2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，按以下步骤进行一、将 Cd (Ac) 2 · 2H20、Co (Ac) 2 · 4H20、InCl3 · 4H20和硫代乙酰胺加入到丙酮或无水乙醇中，形成混合物；二、将步骤一所得混和物密封后放入超声反应器中，调节超声频率为10 40KHz，在 40 80°C下反应0. 5 证；三、将步骤二反应得到的产物冷却至室温，再用无水乙醇洗涤 2 5次，然后在烘箱中于50°C干燥0. 5 5h，即得CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂；其中步骤一中 Cd(Ac)2 ·2Η20 与 InCl3 ·4Η20 的摩尔比为 3 0. 1 l,Cd(Ac)2 ·2Η20 与 Co(Ac)2 ·4Η20 的摩尔比为3 0.01 1，Cd(Ac)2CH2O与硫代乙酰胺的摩尔比为1 3 12 ；步骤一中 Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4Η20和硫代乙酰胺的总质量与丙酮或无水乙醇的体积比为1 3g 10 20mL。本发明的CdS/In2S3/CoS复合光催化剂的粒子粒径约为500nm，且由很多粒径为 10 20nm的小粒子自组装而成，其产氢速率可达2 4mmol/h ；本发明方法的原料价格低、反应温度低、反应压力小、装置简易，且操作简单。所制备的复合光催化剂的产氢速率高，催化剂活性好，无需负载贵金属，且制得的复合光催化剂粉体颗粒均勻、纯度高。


图1为具体实施方式
二十八制备的复合光催化剂的X射线衍射图谱；图2为具体实施方式
二十八制备的复合光催化剂的SEM照片。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式CdSAn2S3/CoS复合光催化剂是由Cd(Ac)2 · 2H20、 Co (Ac)2 MH2OUnCl3 ·4Η20和硫代乙酰胺制成；其中Cd(Ac)2 ·2Η20与InCl3 ·4Η20的摩尔比为 3 0. 1 1，Cd(Ac)2 · 2Η20 与 Co(Ac)2 ·4Η20 的摩尔比为 3 0. 01 1，Cd(Ac)2 · 2Η20 与硫代乙酰胺的摩尔比为1 3 12。本实施方式的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的粒子粒径约为500nm，且由很多粒径为10 20nm的小粒子自组装而成，其产氢速率可达2 4mmol/h。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是=Cd(Ac)2 · 2H20与 Μα3·4Η20的摩尔比为3 0.1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是=Cd(Ac)2 · 2Η20与 Μ: 3·4Η20的摩尔比为3 1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是=Cd(Ac)2 · 2Η20与 Μα3·4Η20的摩尔比为3 0.3 0.8。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是=Cd(Ac)2 · 2Η20与 Μα3·4Η20的摩尔比为3 0.5。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是 〇(1(六(3)2*2!120与&)仏(3)2*4!120的摩尔比为3 0.01。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是 Cd (Ac)2CH2O与Co (Ac)2 ·4Η20的摩尔比为3 1。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是 Cd(Ac)2 · 2Η20与Co(Ac)2 · 4Η20的摩尔比为3 0. 1 0. 8。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是 Cd(Ac)2 · 2Η20与Co(Ac)2 · 4Η20的摩尔比为3 0. 3 0. 7。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是 Cd(Ac)2 · 2Η20与Co(Ac)2 · 4Η20的摩尔比为3 0.5。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同的是Cd(Ac)2 ·2Η20与硫代乙酰胺的摩尔比为1 3。其它与具体实施方式
一至十之一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同的是 Cd(Ac)2 ·2Η20与硫代乙酰胺的摩尔比为1 12。其它与具体实施方式
一至十之一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同的是 Cd(Ac)2 ·3120与硫代乙酰胺的摩尔比为1 5 10。其它与具体实施方式
一至十之一相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同的是 Cd(Ac)2 UH2O与硫代乙酰胺的摩尔比为1 8。其它与具体实施方式
一至十之一相同。
具体实施方式
十五本实施方式CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，按以下步骤进行一、将Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4H20和硫代乙酰胺加入到丙酮或无水乙醇中，形成混合物；二、将步骤一所得混和物密封后放入超声反应器中，调节超声频率为10 40KHz，在40 80°C下反应0. 5 证；三、将步骤二反应得到的产物冷却至室温，再用无水乙醇洗涤2 5次，然后在烘箱中于50°C干燥0. 5 5h，即得CdS/In2S3/ CoS复合光催化剂；其中步骤一中Cd(Ac)2 · 2H20与InCl3 · 4H20的摩尔比为3 0. 1 1， Cd(Ac)2 · 2H20 与 Co (Ac)2 · 4H20 的摩尔比为 3 0. 01 1，Cd(Ac)2 · 2H20 与硫代乙酰胺的摩尔比为 1 3 12 ；步骤一中 Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4H20 和硫代乙酰胺的总质量与丙酮或无水乙醇的体积比为1 3g 10 20mL。本实施方式所使用的丙酮和无水乙醇为市场销售的分析纯化学试剂。本实施方式方法的原料价格低、反应温度低、反应压力小、装置简易，且操作简单。 所制备的复合光催化剂的产氢速率高，催化剂活性好，无需负载贵金属，且制得的复合光催化剂粉体颗粒均勻、纯度高。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤一中将 Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4H20和硫代乙酰胺加入到8 17mL的丙酮或无水乙醇中溶解。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤一中将 Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4H20和硫代乙酰胺加入到12mL的丙酮或无水乙醇中溶解。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十五至十七之一不同的是步骤一中Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4H20和硫代乙酰胺的总质量与丙酮或无水乙醇的体积比为2g 15mL。其它与具体实施方式
十五至十七之一相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十五至十八之一不同的是步骤二中调节超声频率为40KHz。其它与具体实施方式
十五至十八之一相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十五至十八之一不同的是步骤二中调节超声频率为20KHz。其它与具体实施方式
十五至十八之一相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
十五至二十之一不同的是步骤二中在40°C下反应。其它与具体实施方式
十五至二十之一相同。
具体实施方式
二十二 本实施方式与具体实施方式
十五至二十之一不同的是步骤二中在80°C下反应。其它与具体实施方式
十五至二十之一相同。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
十五至二十之一不同的是步骤二中在50°C下反应。其它与具体实施方式
十五至二十之一相同。
具体实施方式
二十四本实施方式与具体实施方式
十五至二十三之一不同的是 步骤二中反应lh。其它与具体实施方式
十五至二十三之一相同。
具体实施方式
二十五本实施方式与具体实施方式
十五至二十三之一不同的是 步骤二中反应2 4h。其它与具体实施方式
十五至二十三之一相同。
具体实施方式
二十六本实施方式与具体实施方式
十五至二十五之一不同的是 步骤三中在烘箱中于50°C干燥lh。其它与具体实施方式
十五至二十五之一相同。
具体实施方式
二十七本实施方式与具体实施方式
十五至二十五之一不同的是 步骤三中在烘箱中于50°C干燥2 4h。其它与具体实施方式
十五至二十五之一相同。
具体实施方式
二十八本实施方式CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，按以下步骤进行一、将 3mmol 的 Cd (Ac) 2 · 2H20、0. 05mmol 的 Co (Ac) 2 · 4H20、0. 05mmol 的 InCl3 ·4Η20和6. 2mmol硫代乙酰胺加入到IOmL的丙酮中，形成混合物；二、将步骤一所得混和物密封后放入超声反应器中，调节超声频率为40KHz，在50°C下反应Ih ；三、将步骤二反应得到的产物冷却至室温，再用无水乙醇洗涤3次，然后在烘箱中于50°C干燥4h，即得CdS/ In2S3/CoS复合光催化剂本实施方式制备的复合光催化剂的X射线衍射图谱如图1所示，图中a表示CoS 含量为Ommol的复合光催化剂粉体的X射线衍射图谱，b表示CoS含量为0. 05mmol的复合光催化剂粉体的X射线衍射图谱，c表示CoS含量为0. Immol的复合光催化剂粉体的X射线衍射图谱。本实施方式制备的复合光催化剂的SEM照片如图2所示，由图2可以看出，CdS/ In2S3/CoS复合光催化剂的粒子粒径为500nm左右，且复合光催化剂粉体颗粒均勻、纯度高。 其产氢速率可达3mmol/h。
权利要求
1.CdS/In2S3/CoS复合光催化剂，其特征在于CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂是由 Cd (Ac) 2 · 2H20、Co (Ac) 2 · 4H20、InCl3 · 4H20 和硫代乙酰胺制成；其中 Cd (Ac) 2 · 2H20 与 LCl3 ·4Η20的摩尔比为3 0.1 1丄(1仏(；)2*2!120与(0仏(；)2*4!120的摩尔比为3 0.01 1，Cd(Ac)2 · 2Η20与硫代乙酰胺的摩尔比为1 3 12。
2.根据权利要求1所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂，其特征在于Cd(Ac)2·2Η20与 hCl3 · 4Η20的摩尔比为3 0.3 0.8。
3.根据权利要求1所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂，其特征在于Cd(Ac)2·2Η20与 Co(Ac)2 · 4Η20 的摩尔比为 3 0.1 0.8。
4.根据权利要求1所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂，其特征在于Cd(Ac)2·2Η20与硫代乙酰胺的摩尔比为1 5 10。
5.权利要求1所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，按以下步骤进行一、 将Cd(Ac)2 ·2Η20、Co (Ac)2 ·4Η20,Ιη013·4Η20和硫代乙酰胺加入到丙酮或无水乙醇中，形成混合物；二、将步骤一所得混和物密封后放入超声反应器中，调节超声频率为10 40ΚΗζ， 在40 80°C下反应0. 5 证；三、将步骤二反应得到的产物冷却至室温，再用无水乙醇洗涤2 5次，然后在烘箱中于50°C干燥0. 5 5h，即得CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂； 其中步骤一中 Cd(Ac)2 · 2H20 与 InCl3 · 4H20 的摩尔比为 3 0. 1 1，Cd(Ac)2 · 2H20 与 Co(Ac)2 ·4Η20的摩尔比为3 0.01 1，Cd(Ac)2 ·2Η20与硫代乙酰胺的摩尔比为1 3 12 ；步骤一中Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4Η20和硫代乙酰胺的总质量与丙酮或无水乙醇的体积比为1 3g 10 20mL。
6.根据权利要求5所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中将Cd(Ac)2 · 2H20、Co (Ac)2 · 4H20、InCl3 · 4H20和硫代乙酰胺加入到8 17mL的丙酮或无水乙醇中溶解。
7.根据权利要求5或6所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中调节超声频率为40KHz。
8.根据权利要求7所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中在40°C下反应。
9.根据权利要求8所述的CdS/ln2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中反应lh。
10.根据权利要求9所述的CdS/In2S3/CoS复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤三中在烘箱中于50°C干燥2 4h。
全文摘要
CdS/In2S3/CoS复合光催化剂及其制备方法，涉及一种光催化材料及其制备方法。本发明是要解决现有利用光分解H2O制氢的催化剂活性低、在可见光下产氢率低的问题。复合光催化剂由Cd(Ac)2·2H2O、Co(Ac)2·4H2O、InCl3·4H2O和硫代乙酰胺制成。方法将Cd(Ac)2·2H2O、Co(Ac)2·4H2O、InCl3·4H2O和硫代乙酰胺加入到丙酮或无水乙醇中；密封后放入超声反应器中反应；产物冷却至室温，用无水乙醇洗涤，干燥，即得复合光催化剂。本发明复合光催化剂的粒子粒径约500nm，产氢速率高，催化剂活性好，无需负载贵金属，且粉体颗粒均匀、纯度高。应用于光催化材料领域。
文档编号C01B3/04GK102284298SQ201110171889
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者于耀光, 孙静雪, 申造宇, 陈刚 申请人:哈尔滨工业大学