一种p-NiO/n-CdS/TiO₂复合半导体光催化剂的制备方法

专利名称：一种p-NiO/n-CdS/TiO₂复合半导体光催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，属于光催化 材料领域。
背景技术：
随着能源危机和环境危机的日益加深，开发利用可再生能源成为全球共同关注的 热点。太阳能是人类可利用的最丰富的能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、全球各 国均能够自由和平利用的能源，也是各种可再生能源如生物质能、风能、海洋能、水能等其 它能源之本。为此，各国政府都十分重视太阳能的开发利用，太阳能的开发利用成为各国政 府大力投入的热门研究领域。光催化剂是一类开发利用太阳能必备的半导体材料。在过去的三十多年中，科学 家们研究了许多半导体光催化剂的光催化性能，如Ti02、RuO2, ZnO, Fe203> CdS、SrTiO3> CoO/ SrTi03、Ni0/SrTi03和Sr3Ti2O7等。在众多的半导体光催化剂中，TiO2和CdS是备受关注的 半导体光催化剂。TiO2以稳定性高、耐光腐蚀、环境友好和应用成本低等特点成为最有应用前景的 光催化剂之一。但由于TiO2的带隙高达3. 2eV，只能吸收紫外光分解水制氢，不能将可见光 转化为化学能，因此，单独使用TiO2作光催化剂利用太阳能无实际意义。CdS作为一种窄带隙半导体材料，禁带宽度为2. 4eV左右，能级与太阳光谱非常匹 配，从能级考虑是一种非常理想的光催化剂。但大量已有的研究结果表明，单纯的CdS半导 体作为光催化剂虽然有一定的光催化性能，由于禁带宽度窄，光照后产生的电子-空穴对 容易复合，使其光催化效率低，且容易受到空穴的氧化发生光腐蚀作用，影响其使用寿命。 由于CdS易发生光腐蚀反应，大大缩短了 CdS的使用寿命，甚至失去光催化活性，从而限制 了 CdS的应用。为此，国内、外学者在CdS的改性方面进行了大量研究工作，以提高CdS的 光催化效率，降低CdS的光腐蚀，延长CdS的使用寿命。目前，对CdS改性的方法主要有① 贵金属沉积；②与宽禁带半导体复合(如CdS与TiO2复合，CdS与ZnO复合)；③载体负载 (如CdS负载在SiO2上)等，但效果都不明显。为降低CdS的光腐蚀作用，有效提高CdS的光催化效率，本发明用ρ型半导体MO 与η型半导体CdS和TiO2复合，制备了 p-η复合半导体p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化剂。所制 备的p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化剂在可见光辐射下，由p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体中的η 型半导体CdS吸收可见光产生电子-空穴对，即CdS价带上的电子跃迁到导带，同时在CdS 价带上留下空穴。由于P型半导体NiO是空穴传输半导体，因此，p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半 导体中CdS价带上的空穴可传输到NiO上，使CdS有效避免了空穴的氧化，降低CdS的光腐 蚀作用；同时，CdS导带上的电子跃迁到TiO2导带，可效提高了光生电子_空穴对的分离效 率，从而有效提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率。本发明通过ρ型半导体NiO与η型半导体CdS和TiO2的复合，可有效避免空穴对CdS的氧化，降低CdS的光腐蚀作用，也可使光生电子-空穴对得到更有效的分离，既延长了CdS的使用寿命，又提高了 CdS的光催化效率。这一方法为延长CdS光催化剂的使用寿命， 提高CdS的光催化效率，开辟了一条新途径，探索了一种新方法，具有重要的实际意义。
发 明内容本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，提供一种 既可延长CdS使用寿命，又可提高CdS光催化效率的新方法。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，所制得的 p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂，在紫外光、可见光和太阳光为光源的条件下，可用 于光催化降解有机污染物、光催化分解水制氢。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，目的之一 是降低CdS的光腐蚀作用，延长了 CdS的使用寿命，其基本原理是制得的Ρ-Π复合半导体 p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化剂在可见光照射下，由η型半导体CdS吸收可见光，CdS价带上的 电子跃迁到CdS导带，同时在CdS价带上留下一个空穴，由于ρ型半导体NiO为空穴传输半 导体，使CdS价带上的空穴传输到NiO颗粒上，降低了空穴对CdS的氧化作用，达到有效降 低CdS光腐蚀作用的目的。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，目的之二 是通过p-NiO、n-CdS和TiO2三者复合，提高CdS的光催化效率，其基本原理是制得的p_n 复合半导体p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化剂在可见光照射下，由半导体CdS吸收可见光，CdS价 带上的电子跃迁到CdS导带，CdS导带上的电子再跃迁到TiO2导带，从而有效提高光生电 子_空穴对的分离效率，达到有效提高CdS光催化效率的目的。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，采用如下 技术方案和步骤1、TiO2溶胶的制备按照钛酸酯、醇、酸和去离子水的质量百分比为(0.001% 70% ) (0.001% 99%) (0.001% 90%) (0. 001% 90% )的比例，将钛酸酯、 醇、酸和去离子水混合后，0°C 100°C下搅拌反应1 30h，再用频率为20KHZ IMHz、功率 为30W 15KW的超声波分散器分散0. Ih 10h，制得TiO2溶胶；2、CdSAiO2固体粉末的制备按照制得的TiO2溶胶、镉盐、硫脲与去离子水的质 量百分比为(0. 001% 90% ) (0.001% 70%) (0.001% 90%) (0.001% 90% )的比例，将TiO2溶胶、镉盐、硫脲与去离子水混合，在频率为20KHZ IMHz、功率为 30W 15KW的超声波分散下，于0°C 160°C反应0. Ih 30h，然后过滤得到固体粉饼，固 体粉饼加入其质量1 30倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次 后，固体粉饼再在氮气保护下200°C 250°C焙烧0. Ih 10h，300°C 350°C下焙烧0. Ih 10h，400°C 480°C下焙烧0. Ih 10h，冷却后研磨得到CdS/Ti02固体粉末；3、p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备按照CdS/Ti02固体粉末、镍盐、 氨水与去离子水的质量百分比为(0. 001% 90% ) (0.001% 70%) (0.001% 90% ) (0.001% 90% )的比例，将镍盐、氨水和去离子水混合反应制得镍氨络离子溶 液，再加入CdS/Ti02固体粉末，搅拌成悬浮液后，用频率为20KHZ IMHz、功率为30W 15KW 的超声波分散器分散0. Ih 10h，在50°C 100°C下减压蒸馏脱除水分和挥发性的氨，再 在氮气保护下150°C 300°C热处理Ih 10h，物料冷却后加入其质量1 30倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮气保护下200°C 250°C焙烧 0. Ih 10h，300°C 350°C下焙烧 0. Ih 10h，400°C 450°C下焙烧 0. Ih 10h，500°C 600°C下焙烧0. Ih 10h，冷却后研磨得到p-Ni0/n_CdS/Ti02复合半导体光 催化剂。本发 明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，具有如下 特点1、通过P型半导体NiO与η型半导体CdS和TiO2复合，制得p-η复合半导体p-NiO/ n-CdS/Ti02光催化剂，使p-Ni0/n-CdS/Ti02光催化剂在可见光照射下，由η型半导体CdS吸 收可见光，CdS价带上的电子跃迁到CdS导带，在CdS价带上留下一个空穴，由于ρ型半导 体NiO为空穴传输半导体，使CdS价带上的空穴传输到NiO颗粒上，降低了空穴对CdS的氧 化作用，达到了有效降低CdS光腐蚀作用的目的；同时，CdS导带上的电子可迁移到TiO2的 导带，也可有效提高光生电子_空穴对的分离效率，达到有效提高p-Ni0/n-CdS/Ti02光催 化效率的目的；2、在TiO2溶胶制备阶段，采用频率为20KHZ IMHz、功率为30W 15KW的超声波 分散器超声处理的情况下进行反应，目的是减少TiO2溶胶粒子发生团聚，有利于控制TiO2 的颗粒粒径，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；3、在CdS/Ti02固体粉末制备阶段，使用频率为20KHZ 1MHZ、功率为30W 15KW 的超声波分散器超声处理的情况下反应，目的是减少反应期间生成的CdS粒子发生团聚， 有利于控制CdS的颗粒粒径，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；4、在CdS/Ti02固体粉末制备阶段，采用不同温度下分阶段焙烧的方法，即在氮气 保护下，200°C 250°C焙烧 0. 1 10h，300°C 350°C下焙烧 0. 1 10h，400°C 480°C下 焙烧0. 1 10h，目的是使CdS/Ti02固体粉末的结晶度提高，有利于提高p-Ni0/n-CdS/Ti02 的光催化效率；5、在？-附0/11-0(13/1102复合半导体光催化剂制备阶段，采用频率为20KHZ 1MHZ、 功率为30W 15KW的超声波分散器处理0. 1 10h，目的是使CdS/Ti02固体粉末分散均 勻，并可脱除CdS/Ti02固体粉末微孔中吸附的气体，有利于NiO均勻负载在CdS/Ti02固体 粉末表面的同时，也能使NiO均勻负载到CdS/Ti02固体粉末的微孔中，提高p-NiO/n-CdS/ TiO2复合半导体光催化剂中NiO分散的均勻性，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；6、在？-附0/11义(13/1102复合半导体光催化剂制备阶段，采用不同温度下分阶段焙 烧的方法，即在氮气保护下，200°C 250°C焙烧0. Ih 10h，300°C 350°C下焙烧0. Ih 10h，400°C 450°C下焙烧0. Ih 10h，500°C 600°C下焙烧0. Ih 10h，目的是使NiO的 结晶度提高，并使NiO与CdS/Ti02结合得更紧密，有利于提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化 效率。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，反应所用 的钛酸酯是钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯、钛酸四 甲酯中的任一种或多种。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法， 按钛酸酯、醇、酸和去离子水的质量百分比为(0.001 % 70 % ) (0.001% 99% ) (0.001% 90%) (0.001% 90%)的比例，反应制得的TiO2溶胶，所得TiO2溶胶中TiO2所占的质量百分比为0. 001% 70%。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，反应所用 的醇是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的任一种或多种。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，反应所用 的酸是盐酸、硫酸、硝酸中的任一种或多种。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，反应所用 的镉盐是无水硫酸镉、无水硝酸镉、无水氯化镉、无水溴化镉、无水甲酸镉、无水乙酸镉、无 水酒石酸镉、无水柠檬酸镉、结晶硫酸镉、结晶硝酸镉、结晶氯化镉、结晶溴化镉、结晶甲酸 镉、结晶乙酸镉、结晶酒石酸镉、结晶柠檬酸镉中的任一种或多种。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，反应所用 的镍盐是无水硫酸镍、无水硝酸镍、无水氯化镍、无水溴化镍、无水甲酸镍、无水乙酸镍、无 水酒石酸镍、无水柠檬酸镍、结晶硫酸镍、结晶硝酸镍、结晶氯化镍、结晶溴化镍、结晶甲酸 镍、结晶乙酸镍、结晶酒石酸镍、结晶柠檬酸镍中的任一种或多种。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，反应所用 的微波反应器的功率为30W 15KW。本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，光催化剂 的制备过程中所用的超声波分散器的频率为20KHZ IMHz、功率为30W 15KW。
具体实施例方式下面是本发明所述的一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法的 非限定性实例。这些实例的给出仅仅是为了说明的目的，并不能理解为对本发明的限定。因 为在不脱离本发明的精神和范围的基础上，可以对本发明进行许多变换。在这些实施例中， 除非特别说明，所有的百分比都是指质量百分比。实施例1TiO2溶胶的制备钛酸四丁酯21.25%无水乙醇63.75%35% 盐酸5%去离子水10%TiO2溶胶的制备按照上述质量百分比，将钛酸四丁酯、无水乙醇、35%盐酸和去 离子水混合后，室温下搅拌反应20h，再用频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散器分散 2h，制得TiO2溶胶；CdSAiO2固体粉末的制备制得的TiO2溶胶60%无水氯化镉1.3%硫脲1 %去离子水37.7%0(^/1102固体粉末的制备按照上述质量百分比，将制得的TiO2溶胶、无水氯化镉、硫脲与去离子水混合，在频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散下，于80°C反应10h，然后过滤得到固体粉饼，固体粉饼加入其质量1 30倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、 过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h， 450°C下焙烧8h，冷却后研磨得到CdS/Ti02固体粉末；p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备制得的CdS/Ti02固体粉末20%无水醋酸镍25% 氨水2% 去离子水67%P-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备按照上述质量百分比，将无水醋 酸镍、25%氨水与去离子水混合反应制得镍氨络离子溶液，再加入制得的CdS/Ti02固体粉 末，搅拌成悬浮液后，用频率为30KHZ、功率为1000W的超声波分散器分散0. 5h，在80°C下 减压蒸馏脱除水分和挥发性的氨，再在氮气保护下200°C热处理2h，物料冷却后加入其质 量15倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮 气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h，450°C下焙烧3h，550°C下焙烧8h，冷却后研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固体粉末；实施例2TiO2溶胶的制备钛酸四异丙酯39%异丙醇40%65% 硝酸5%去离子水16%TiO2溶胶的制备按照上述质量百分比，将钛酸四异丙酯、异丙醇、65%硝酸和去 离子水混合后，室温下搅拌反应20h，再用频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散器分散 2h，制得TiO2溶胶；CdSAiO2固体粉末的制备制得的TiO2 溶胶45.5%无水溴化镉1.6%硫脲去离子水51.9%0(^/1102固体粉末的制备按照上述质量百分比，将制得的TiO2溶胶、无水溴化 镉、硫脲与去离子水混合，在频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散下，于80°C反应10h， 然后过滤得到固体粉饼，固体粉饼加入其质量1 30倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、 过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h， 450°C下焙烧8h，冷却后研磨得到CdS/Ti02固体粉末；p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备制得的CdS/Ti02固体粉末30%无水硫酸镍1550.6%25% 氨水1.6%去离子水67.8%
P-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备按照上述质量百分比，将无水硫 酸镍、25%氨水与去离子水混合反应制得镍氨络离子溶液，再加入制得的CdS/Ti02固体粉 末，搅拌成悬浮液后，用频率为30KHZ、功率为1000W的超声波分散器分散0. 5h，在80°C下 减压蒸馏脱除水分和挥发性的氨，再在氮气保护下200°C热处理2h，物料冷却后加入其质 量15倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮 气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h，450°C下焙烧3h，550°C下焙烧8h，冷却后研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固体粉末；实施例3
TiO2溶胶的制备
钛酸四正丙酯28424. 9%
无水乙醇44. 1%
异丙醇10%
硫酸3%
去离子水18%
TiO2溶胶的制备按照上述质量百分比，将钛丨f四正丙酯、无水乙醇、异丙醇、硫
和去离子水混合后，室温下搅拌反应20h，再用频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散器 分散2h，制得TiO2溶胶；CdSAio2固体粉末的制备
制得的TiO2溶胶50%
无水硫酸镉1. 3%
硫脲1. 4%
去离子水47. 3%
CdSAio2固体粉末的制备按照上述质量百分比，将制得的TiO2溶胶、无水硫
镉、硫脲与去离子水混合，在频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散下，于80°C反应10h， 然后过滤得到固体粉饼，固体粉饼加入其质量1 30倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、 过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h， 450°C下焙烧8h，冷却后研磨得到CdS/Ti02固体粉末；
p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备制得的CdS/Ti02固体粉末25%无水溴化镍2192. 2%25% 氨水5%去离子水67.8% P-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备按照上述质量百分比，将无水溴 化镍、25%氨水与去离子水混合反应制得镍氨络离子溶液，再加入制得的CdS/Ti02固体粉 末，搅拌成悬浮液后，用频率为30KHZ、功率为1000W的超声波分散器分散0. 5h，在80°C下 减压蒸馏脱除水分和挥发性的氨，再在氮气保护下200°C热处理2h，物料冷却后加入其质 量15倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮 气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h，450°C下焙烧3h，550°C下焙烧8h，冷却后研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固体粉末；
9
实施例4TiO2溶胶的制备钛酸四乙酯25. 7%异丙醇52. 3%35%盐酸5%硫酸2%去离子水15%TiO2溶胶的制备按照上述质量百分比，将钛酸四乙酯、异丙醇、35%盐酸、硫酸和
去离子水混合后，室温下搅拌反应20h，再用频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散器分
散2h，制得TiO2溶胶； CdSAiO2固体粉末的制备制得的TiO2 溶胶55.6%无水醋酸镉2301.6%硫脲去离子水41.8%0(^/1102固体粉末的制备按照上述质量百分比，将制得的TiO2溶胶、无水醋酸 镉、硫脲与去离子水混合，在频率为30KHZ、功率为800W的超声波分散下，于80°C反应10h， 然后过滤得到固体粉饼，固体粉饼加入其质量1 30倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、 过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h， 450°C下焙烧8h，冷却后研磨得到CdS/Ti02固体粉末；p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备制得的CdS/Ti02固体粉末28%无水氯化镍1301. 5%25% 氨水5%去离子水65.5% P-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备按照上述质量百分比，将四水醋 酸镍、25%氨水与去离子水混合反应制得镍氨络离子溶液，再加入制得的CdS/Ti02固体粉 末，搅拌成悬浮液后，用频率为30KHZ、功率为1000W的超声波分散器分散0. 5h，在80°C下 减压蒸馏脱除水分和挥发性的氨，再在氮气保护下200°C热处理2h，物料冷却后加入其质 量15倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮 气保护下250°C焙烧3h，350°C下焙烧3h，450°C下焙烧3h，550°C下焙烧8h，冷却后研磨得到 p-Ni0/n-CdS/Ti02 固体粉末。
权利要求
1.一种p-Ni0/n-CdS/Ti02复合半导体光催化剂的制备方法，其特征在于采用如下技术 方案和步骤进行制备①TiO2溶胶的制备按照钛酸酯、醇、酸和去离子水的质量百分比为(0.001% 70% ) (0.001% 99%) (0.001% 90%) (0. 001% 90% )的比例，将钛酸酉旨、 醇、酸和去离子水混合后，0°C 100°C下搅拌反应1 30h，再用频率为20KHZ IMHz、功率 为30W 15KW的超声波分散器分散0. Ih 10h，制得TW2溶胶；②cds/TiA固体粉末的制备按照制得的TW2溶胶、镉盐、硫脲与去离子水的质量百分 比为(0. 001% 90% ) (0.001% 70%) (0.001% 90%) (0. 001 % 90% )的 比例，将TW2溶胶、镉盐、硫脲与去离子水混合，在频率为20KHZ IMHz、功率为30W 15KW 的超声波分散下，于0°C 160°C反应0. Ih 30h，然后过滤得到固体粉饼，固体粉饼加入其 质量1 30倍的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再 在氮气保护下200°C 250°C焙烧0. Ih 10h，300°C 350°C下焙烧0. Ih 10h，400°C 480°C下焙烧0. Ih 10h，冷却后研磨得到CdS/TiA固体粉末；③p-NiO/n-CdS/TiA复合半导体光催化剂的制备按照制得的CdS/TiA固体粉末、镍 盐、氨水与去离子水的质量百分比为(0.001% 90%) (0.001% 70%) (0.001% 90% ) (0.001% 90% )的比例，将镍盐、氨水和去离子水混合反应制得镍氨络离子 溶液，再加入制得的CdS/Tih固体粉末，搅拌成悬浮液后，用频率为20KHZ IMHz、功率为 30W 15KW的超声波分散器分散0. Ih 10h，在50°C 100°C下减压蒸馏脱除水分和挥发 性的氨，再在氮气保护下150°C 300°C热处理Ih 10h，物料冷却后加入其质量1 30倍 的去离子水中，经洗涤、超声分散、过滤和干燥，如此重复三次后，固体粉饼再在氮气保护下 200°C 250°C焙烧 0. Ih 10h，300°C 350°C下焙烧 0. Ih 10h，400°C 450°C下焙烧 0. Ih 10h，500°C 600°C下焙烧0. Ih 10h，冷却后研磨得到p-NiO/n-CdS/TiA复合半 导体光催化剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于制备p-NiO/n-CdS/TiA复合半导体光催 化剂的方法具有如下特点①通过P型半导体NiO与η型半导体CdS和TW2复合，制得Ρ-η复合半导体P_Ni0/ n-CdS/Ti02光催化剂，使p-NiO/n-CdS/TiA光催化剂在可见光照射下，由η型半导体CdS吸 收可见光，CdS价带上的电子跃迁到CdS导带，在CdS价带上留下一个空穴，由于ρ型半导 体MO为空穴传输半导体，使CdS价带上的空穴传输到NiO颗粒上，降低了空穴对CdS的氧 化作用，达到了有效降低CdS光腐蚀作用的目的；同时，CdS导带上的电子可迁移到TW2的 导带，也可有效提高光生电子-空穴对的分离效率，达到有效提高p-NiO/n-CdS/TiA光催 化效率的目的；②在TW2溶胶制备阶段，采用频率为20KHz IMHz、功率为30W 15KW的超声波分散 器超声处理的情况下进行反应，目的是减少TW2溶胶粒子发生团聚，有利于控制TiO2的颗 粒粒径，提高p-NiO/n-CdS/TiA的光催化效率；③在CdS/TiA固体粉末制备阶段，使用频率为20KHZ IMHz、功率为30W 15KW的超 声波分散器超声处理的情况下反应，目的是减少反应期间生成的CdS粒子发生团聚，有利 于控制CdS的颗粒粒径，提高p-Ni0/n-CdS/Ti02的光催化效率；④在CdS/TiA固体粉末制备阶段，采用不同温度下分阶段焙烧的方法，即在氮气保护下，200°C 250°C焙烧 0. 1 10h，300°C 350°C下焙烧 0. 1 10h，400°C 480°C下焙烧 0. 1 10h，目的是使CdS/TiA固体粉末的结晶度提高，有利于提高p-NiO/n-CdS/TiA的光 催化效率；⑤在p-NiO/n-CdS/TiA复合半导体光催化剂制备阶段，采用频率为20KHZ IMHz、功率 为30W 15KW的超声波分散器处理0. 1 10h，目的是使CdS/TiA固体粉末分散均勻，并 可脱除CdS/Tih固体粉末微孔中吸附的气体，有利于NiO均勻负载在CdS/TiA固体粉末表 面的同时，也能使NiO均勻负载到CdS/TiA固体粉末的微孔中，提高p-NiO/n-CdS/TiA复 合半导体光催化剂中NiO分散的均勻性，提高p-NiO/n-CdS/TiA的光催化效率；⑥在p-NiO/n-CdS/TiA复合半导体光催化剂制备阶段，采用不同温度下分阶段焙烧的 方法，即在氮气保护下，200°C 250°C焙烧0. Ih 10h，300°C 350°C下焙烧0. Ih 10h， 400°C 450°C下焙烧0. Ih 10h，500°C 600°C下焙烧0. Ih 10h，目的是使NiO的结晶 度提高，并使NiO与CdS/TiA结合得更紧密，有利于提高p-NiO/n-CdS/TiA的光催化效率。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于反应所用的钛酸酯是钛酸四丁酯、钛酸 四异丁酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯、钛酸四甲酯中的任一种或多种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于按钛酸酯、醇、酸和去离子水的质量百分 比为(0. 001% 70% ) (0.001% 99%) (0.001% 90%) (0.001% 90%) 的比例，反应制得TiA溶胶，所得TiA溶胶中TiA所占的质量百分比为0.001% 70%。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于反应所用的醇是甲醇、乙醇、正丙醇、异 丙醇中的任一种或多种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于反应所用的酸是盐酸、硫酸、硝酸中的任 一种或多种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于反应所用的镉盐是无水硫酸镉、无水硝 酸镉、无水氯化镉、无水溴化镉、无水甲酸镉、无水乙酸镉、无水酒石酸镉、无水柠檬酸镉、结 晶硫酸镉、结晶硝酸镉、结晶氯化镉、结晶溴化镉、结晶甲酸镉、结晶乙酸镉、结晶酒石酸镉、 结晶柠檬酸镉中的任一种或多种。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于反应所用的镍盐是无水硫酸镍、无水硝 酸镍、无水氯化镍、无水溴化镍、无水甲酸镍、无水乙酸镍、无水酒石酸镍、无水柠檬酸镍、结 晶硫酸镍、结晶硝酸镍、结晶氯化镍、结晶溴化镍、结晶甲酸镍、结晶乙酸镍、结晶酒石酸镍、 结晶柠檬酸镍中的任一种或多种。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于反应所用的微波反应器的功率为30W 1^(W。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于光催化剂的制备过程中所用的超声波 分散器的频率为20KHZ 1MHZ、功率为30W 15KW。
全文摘要
本发明公开了一种p-NiO/n-CdS/TiO2复合半导体光催化剂的制备方法，该方法首先以钛酸酯、醇、酸和去离子水为原料制得TiO2溶胶；其次，以制得的TiO2溶胶、镉盐、硫脲与去离子水为原料，依次经反应、超声分散、减压蒸馏、洗涤、超声分散、过滤、干燥、焙烧和研磨等处理制得CdS/TiO2固体粉末；第三，以制得的CdS/TiO2固体粉末、镍盐、氨水与去离子水为原料，依次经反应、超声分散、减压蒸馏、洗涤、超声分散、过滤、干燥、焙烧和研磨等处理制得p-NiO/n-CdS/TiO2复合半导体光催化剂。该方法通过p型半导体NiO与n型半导体CdS和TiO2的复合，可有效降低CdS的光腐蚀速度，也可提高了p-NiO/n-CdS/TiO2的光催化效率。该方法工艺简便，切实可行，利于推广。
文档编号B01J27/043GK102125859SQ20101060776
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者刘忠祥, 刘恋恋, 刘福生, 卢南, 方婷, 朱涛, 李振, 李玲 申请人:南京林业大学