一种基于FTO半导体材料的CdIn2S4@Fe3O4光催化材料制备方法及应用

本发明属于催化材料制备，尤其涉及一种基于fto半导体材料的cdin2s4@fe3o4光催化材料制备方法及应用。

背景技术：

1、近年来，环境污染和能源短缺问题越来越严重，已成为人类必须面临的两大重要挑战。而基于半导体材料的光催化技术由于其所具有的高效、绿色等优点，成为解决这两大问题的研究热点。

2、近年来，三元金属硫化物作为一类具有独特光电性质与催化性能的新型光催化材料受到极大的关注。cdin2s4作为其中最具代表性的一类，禁带宽度为2.1-2.6ev，具有极强的可见光吸收性能，被认为是一种极具发展潜力的新型光催化材料。然而，较高的光生电子-空穴复合效率限制了它在光催化领域的应用。现有研究发现，将其与其他半导体材料进行复合构建异质结是一种很好的解决方法。

3、fe3o4纳米颗粒具有超顺磁性，能增加复合材料的导电性。由于其价格低廉，制备简单，环境友好等优点，已经在各领域被广泛应用，例如水处理，磁性材料以及催化剂。

4、半导体材料fto导电玻璃是为掺杂氟的sno2透明导电玻璃。fto玻璃被作为ito导电玻璃的替换用品被开发利用，被广泛用于光催化、薄膜太阳能电池基底、染料敏化太阳能电池等领域。

5、由于cdin2s4在光催化领域的应用过程中存在一定的限制，一方面有粉体光催化材料具有难分的问题，另一方面其在光响应性方面表现相对欠佳，影响光催化性能，为此，本发明通过一步水热法在cdin2s4表面原位生长fe3o4纳米颗粒，并同时沉积在fto导电玻璃上，以获取得到基于fto半导体材料上的cdin2s4@fe3o4光催化材料，即cdin2s4@fe3o4/fto光催化材料，本发明所制得的光催化材料解决了粉体光催化材料难分离的问题，不仅可以增加材料的比表面积，增强cdin2s4的光响应性，还可以有效提高光生载流子的分离效率，进而提高光催化性能，同时，所制得的cdin2s4@fe3o4/fto光催化材料可以直接作为光电催化阳极材料，并应用于光电催化系统降解有机污染物。目前，这种新型的基于fto半导体材料上的cdin2s4@fe3o4复合光催化材料，此制备方法没有相关报道。

技术实现思路

1、本发明针对上述所存在的技术问题，提出一种操作简便、制备周期短且能够利用一步水热法在cdin2s4表面原位生长fe3o4纳米颗粒，并同时沉积在fto导电玻璃上，以获取得到基于fto半导体材料上的cdin2s4@fe3o4光催化材料，具有更强的可见光吸收能力和电荷转移能力，不仅可以增加材料的比表面积，增强cdin2s4的光响应性，还可以有效提高光生载流子的分离效率，进而提高光催化性能，同时，所制得的cdin2s4@fe3o4/fto光催化材料可以直接作为光电催化阳极材料，并应用于光电催化系统降解有机污染物的一种基于fto半导体材料的cdin2s4@fe3o4光催化材料制备方法及应用。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于fto半导体材料的cdin2s4@fe3o4光催化材料制备方法，包括以下制备步骤：

3、s1：先将氟掺杂的氧化锡导电玻璃置于丙酮、乙醇和蒸馏水中，并通过连

4、续超声预处理；

5、s2：取cd(no3)2·4h2o、in(no3)3·5h2o、硫代乙酰胺和fe3o4纳米颗粒加入至的蒸馏水中，混合搅拌均匀后，转移至规格为50ml的内衬特氟龙

6、不锈钢高压釜内；

7、s3：将预处理后的fto玻璃倾斜放入高压反应釜中，并使fto玻璃的导

8、电面向下；

9、s4：对不锈钢高压釜密封并在160℃下保持10小时后，自然冷却至室温；

10、s5：从不锈钢高压釜中取出沉积有cdin2s4@fe3o4薄膜的fto玻璃基板，利用蒸馏水进行冲洗，并在室温空气下干燥。

11、作为优选，所述s1步骤中，选用规格为10ω·sq-1、面积为20mm×20mm的fto。

12、作为优选，所述s2步骤中，cd(no3)2·4h2o、in(no3)3·5h2o以及硫代乙酰胺的摩尔量分别为0.6mmol、1.2mmol以及9.6mmol，所述s2步骤中的蒸馏水量为35ml。

13、作为优选，所述s5步骤中所制得的cdin2s4@fe3o4光催化材料，fe3o4与cdin2s4的理论质量比为1:3、1:4、1:5、1:10，所对应加入fe3o4的质量分别为0.0940g、0.0705g、0.0564g、0.0282g，并分别标记为fc-x，其中，x＝3、4、5、10。

14、本发明还提供一种采用上述的技术方案制备得到的cdin2s4@fe3o4光催化材料在光催化降解双酚a溶液中的应用，作为优选，包括以下步骤：

15、s1：在玻璃容器中配置80ml、浓度为10mg/l的双酚a溶液；

16、s2：取一片载有cdin2s4@fe3o4光催化材料的fto基板，并将其投入至玻

17、璃容器中；

18、s3：以300w的氙灯为可见光光源进行光催化反应。

19、本发明还提供一种采用上述的技术方案制备得到的cdin2s4@fe3o4光催化材料在光催化/光电催化分解水制氢中的应用，其中，包括以下光催化步骤：

20、s1：将一片载有cdin2s4@fe3o4光催化材料的fto基板，投入至20ml水

21、溶液且含有4ml甲醇作为牺牲电子供体的玻璃电解池中；

22、s2：对样品进行不间断搅拌并用300w的氙灯照射；

23、其中，包括以下光电催化步骤：

24、s1：在光催化s1步骤中，将cdin2s4@fe3o4光催化材料作为光电极，在

25、其上施加相对于饱和甘汞电极且为-0.2v的电位；

26、s2：对样品进行不间断搅拌并用300w的氙灯照射。

27、本发明还提供一种采用上述的技术方案制备得到的cdin2s4@fe3o4光催化材料在光电催化类芬顿协同体系降解不同污染物中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

28、s1：选取fc-5的载有cdin2s4@fe3o4光催化材料的fto基板，作为光电

29、阳极，其上施加相对于饱和甘汞电极且为+0.4v的电位；

30、s2：在石英光反应器中加入不同的污染物、过硫酸氢钾和na2so4，混合均

31、匀得到反应液；

32、s3：以300w的氙灯为可见光光源，在室温条件下进行降解处理。

33、作为优选，所述污染物包括双酚a溶液、阿莫西林、氧氟沙星和盐酸四环素等。

34、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

35、1、本发明提供的一种基于fto半导体材料的cdin2s4@fe3o4光催化材料制备方法，获得了表面均匀致密的光催化材料，且cdin2s4纳米晶和fe3o4纳米球的交联增加了cdin2s4@fe3o4复合光催化材料的比表面积，从而引入了更多的活性中心来提高降解效率；

36、2、本发明所合成制备的cdin2s4@fe3o4复合光催化材料的晶型为立方相，且没有任何杂质相的痕迹；

37、3、本发明所合成制备的cdin2s4@fe3o4复合光催化材料使得光生电子和空穴能够有效地分离，且导电性增强，其电荷转移电阻较小，光生载流子的转移更加容易；

38、4、本发明所合成制备的cdin2s4@fe3o4复合光催化材料具有高的光催化活性，在降解双酚a溶液过程中的降解速率大幅提升；

39、5、本发明所合成制备的cdin2s4@fe3o4复合光催化材料具有高的光电催化活性，在光催化，尤其是光电催化下的产氢速率大幅提高；

40、6、本发明所合成制备的cdin2s4@fe3o4复合光催化材料在光电催化-类芬顿协同体系中，是具有耦合放大作用的过程，同时，针对不同的污染物来说，其具有良好的氧化降解和矿化能力，表明协同体系在有机污染物废水处理中具有广泛的适用性。