硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及光催化，尤其涉及一种硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂及其制备方法，以及该光催化剂在分解水制氢中的应用。

背景技术：

1、目前每年都有大量的温室气体被排放，同时随之而来的全球变暖正在严重影响人类的生存环境。光催化制氢是一种新型的用以解决能源和环境问题的技术，具有高效、环保等优点。二氧化铈具有良好的光催化特性，并且由于化学稳定性好、无毒、价格低廉等特点而受到广泛关注。但是二氧化铈作为光催化剂在实际应用中受到限制，主要是因为它的带隙较大并且光生载流子易于重组。半导体量子点是一种在光催化领域中非常有前景的材料。其中核壳量子点是由两种不同的量子点组成，导致其能带结构发生变化，具有更优异的光电性能。并且核壳结构量子点可以将光生电子和空穴限域在量子点的不同区域以促进电子-空穴的分离。

2、因此将硒化锌@硒化镉核壳量子点与二氧化铈结合制备复合光催化剂，可以有效地提高复合物的光吸收能力，促进电子-空穴的分离，进而提高其光解水制氢效率。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为了提高二氧化铈的光催化制氢能力，解决其光吸收范围较窄和电荷分离效率较低等问题，本发明提供一种以二氧化铈为基底，将硒化锌@硒化镉核壳量子点修饰于二氧化铈表面的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂。同时本发明还提供硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法及其在分解水制氢领域的应用。

2、本发明的目的在于提供一种上述硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

3、(1)将naoh溶液缓慢滴加到ce(no3)3·6h2o溶液中，搅拌均匀后，转移至高压反应釜中，在95℃下加热24小时，将所得沉淀分别用水和乙醇洗涤多次，直至上清液的ph为中性后，将沉淀干燥得到二氧化铈前驱体；

4、(2)将步骤(1)中所述二氧化铈前驱体加热至600℃开始煅烧，煅烧5小时，得到二氧化铈；

5、(3)将zn(no3)2·6h2o、去离子水和配体依次加入到三口烧瓶中，搅拌均匀后，用naoh溶液调节溶液ph，随后快速加入硒氢化钠溶液，待反应稳定后加热回流，得到硒化锌量子点溶液；

6、(4)将步骤(3)中所述硒化锌量子点从溶液中离心分离、洗涤后，重新分散于去离子水中，得到溶液a；

7、(5)向步骤(4)中所述溶液a中加入cd(no3)2·4h2o和配体，搅拌均匀后，用naoh溶液调节溶液ph，随后快速加入硒氢化钠溶液，待反应稳定后加热回流，得到硒化锌@硒化镉核壳量子点溶液；

8、(6)将所述二氧化铈与所述硒化锌@硒化镉核壳量子点溶液混合，搅拌均匀后，加热回流得到所述硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂；

9、所述步骤(3)，(5)均在氮气气氛下进行。

10、优选的，所述步骤(1)中，naoh与ce(no3)3·6h2o的摩尔比为0.1125:1。

11、优选的，所述步骤(3)中，zn(no3)2·6h2o溶液的浓度为0.005～0.05mol/l，配体为巯基丙酸、巯基甘油、巯基乙酸的一种。

12、优选的，所述步骤(3)中，用1m naoh溶液将ph调节为10.00～11.00，zn、se和配体的摩尔比为1:(0.15～0.25):(2.0～3.0)，在100℃下进行加热回流4～8小时。

13、优选的，所述步骤(5)中，zn(no3)2·6h2o和cd(no3)2·4h2o的摩尔比为1:0.5～2，配体为巯基丙酸、巯基甘油、巯基乙酸的一种。

14、优选的，所述步骤(5)中，用1m naoh溶液将ph调节为9.00～11.00，cd、se和配体的摩尔比为1:(0.15～0.25):(2.0～3.0)，在100℃下进行加热回流2～4小时。

15、优选的，所述步骤(6)中，将二氧化铈与硒化锌@硒化镉核壳量子点溶液的混合溶液在100℃下加热回流4小时。

16、本发明的另一目的在于提供上述硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂在光催化制氢中的应用，具体的光催化分解水制氢测试使用全玻璃自动在线痕量气体分析系统(labsolar-6a)进行。在光催化制氢测试中，使用300w氙灯作为模拟太阳光源，使用na2s·9h2o和na2so3作为牺牲剂，加入10mg光催化剂并全程开启磁力搅拌器以维持催化剂悬浮分散，使用气相色谱仪(gc-2014)测定氢气产量。

17、与现有技术相比，本发明提供的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法易于合成，原料来源广泛。使用本发明制备得到的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈作为光催化剂，其制氢效果相较于二氧化铈有很明显的提高，5小时的光催化制氢量可以达到14352.88μmol·g-1，同时该材料具有良好的循环稳定性。

技术特征：

1.一种用于光催化制氢的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述naoh与ce(no3)3·6h2o的摩尔比为0.1125:1。

3.如权利要求1所述的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，zn(no3)2·6h2o溶液的浓度为0.005～0.05mol/l。

4.如权利要求1所述的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，用1m naoh溶液将ph调节为10.00～11.00，zn、se和配体的摩尔比为1:(0.15～0.25):(2.0～3.0)，在100℃下进行加热回流4～8小时。

5.如权利要求1所述的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，zn(no3)2·6h2o和cd(no3)2·4h2o的摩尔比为1:0.5～2。

6.如权利要求1所述的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，用1m naoh溶液将ph调节为9.00～11.00，cd、se和配体的摩尔比为1:(0.15～0.25):(2.0～3.0)，在100℃下进行加热回流2～4小时。

7.如权利要求1所述的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，将二氧化铈与硒化锌@硒化镉核壳量子点溶液的混合溶液在100℃下加热回流4小时。

8.如权利要求1所述的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂在光催化制氢中的应用。

技术总结
本发明提供一种硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂及其制备方法，以及该光催化剂在分解水制氢中的应用。所述材料由如下方法制备：(1)利用水热法制备二氧化铈前驱体并经过煅烧获得棒状二氧化铈；(2)合成水相硒化锌量子点；(3)合成硒化锌@硒化镉核壳量子点；(4)将硒化锌@硒化镉核壳量子点修饰于二氧化铈表面得到硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂。本发明制备的硒化锌@硒化镉核壳量子点/二氧化铈复合光催化剂易于合成，原料来源广泛，具有高催化活性和稳定性，在光催化制氢测试中，5小时内的光催化制氢量可以达到14352.88μmol·g<supgt;‑1</supgt;。

技术研发人员：韩吉姝,徐扬帆,纪亭亭,栾文倩,赵瑞阳,王磊
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16