一种硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法与流程

本发明属于光电催化领域，特别是涉及一种硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法。

背景技术：

硫化镉(CdS)室温下的禁带宽度为2.4eV，具有优良的可见光吸收性能，CdS窄的禁带宽度和负的导带边使它成为一种有前景的光催化材料。然而，作为光催化材料，它有一些不足：首先，光生电子和空穴复合快,导致其对太阳光吸收效率低，其次，硫化镉的光稳定性比较差。面对这些问题，发展一种稳定的硫化镉光催化剂是非常有意义的。

卡拉胶是从红藻中提取的海藻大分子多糖（如图a所示）。其化学结构是由硫酸基化或非硫酸基化的半乳糖和3，6-脱水内醚半乳糖通过α-1，3-糖苷键和β-1，4糖苷键交替连接而成的线形多糖化合物，其多数糖单位中含有一个或两个硫酸酯基，多糖链中总硫酸酯基含量为15%~40%。Κ -型和ι -型卡拉胶通过双螺旋结构可在水溶液中形成热可逆凝胶，其机理如图b所示。最后通过高温炭化得到硫化镉碳基复合材料。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明利用来源丰富的卡拉胶作为原料，制备了具有很高可见光响应并且稳定的硫化镉碳基复合材料。

本发明制备过程简单，不需要昂贵设备，所得产品质量高性能好，在将来光电催化领域具有可靠的前景。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、利用卡拉胶的凝胶原理，把高温溶解的卡拉胶原料滴入盐酸的乙醇溶液中，形成凝胶，做凝胶去杂处理；

步骤二、把去杂后卡拉胶凝胶浸入一定浓度的乙酸镉的乙醇溶液中，多次处理；

步骤三、把上述的凝胶用乙醇和水分步清洗，将处理后的凝胶放入冰箱中，然后冷冻干燥，形成镉-卡拉胶气凝胶；

步骤四、镉-卡拉胶气凝胶在管式炉中经一定的碳化工艺煅烧，之后再在二氧化碳中高温除碳，得到硫化镉碳基复合光电催化剂；

步骤五、用电化学工作站及氙灯系统测试上述产物的光电催化性能。

上述的硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法，所述步骤一中的卡拉胶的质量分数为2 %， 盐酸的乙醇溶液浓度为2mol L-1。

上述的硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法，所述步骤二中的乙酸镉的物质的量浓度为1.5mol L-1，处理次数为3~5次。

上述的硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法，所述步骤三中的乙醇和水分别处理2~3次。

上述的硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法，所述步骤四中的碳化工艺为在氮气氛围中700 ℃ 煅烧1小时，然后在二氧化碳中610 ℃ 除碳1小时。

本发明硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法的优点是：本发明使用的原料主要是ι -卡拉胶，ι -卡拉胶是红藻中提取出来的，来源广泛、环保绿色、安全性高。本发明方法制备的硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂表现出优异的光电催化性能，具有较高的可见光响应和良好的光稳定性。本发明方法制备的硫化镉碳基复合材料可大量合成，不需要昂贵设备，可广泛用于光催化中。

附图说明

图1是本发明的硫化镉碳基复合材料的XRD图；

图2是本发明的硫化镉碳基复合材料的SEM图；

图3是本发明的硫化镉碳基复合材料的TEM图；

图4是本发明硫化镉碳基复合材料作光电催化剂的性能表征；

图5是本发明背景技术中a、b的化学结构图。

具体实施方式

下面结合附图、技术方案以及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一，根据图1、2、3、4所示，一种硫化镉碳基复合材料作为光电催化剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、利用卡拉胶凝胶原理把高温溶解的质量分数为2%的2g ι -卡拉胶原料滴入100ml浓度为2mol L-1的盐酸的乙醇溶液中，形成凝胶，做凝胶去杂处理；

步骤二、把去杂后卡拉胶凝胶浸入100ml物质的量浓度为1.5mol L-1乙酸镉的乙醇溶液中，处理3~5次；

步骤三、把上述的凝胶用乙醇和水分步清洗2~3遍，将处理后的凝胶放入冰箱中，然后冷冻干燥，形成镉-卡拉胶气凝胶；

步骤四、镉-卡拉胶气凝胶在管式炉中经一定的碳化工艺煅烧，700 ℃ 煅烧1小时，之后再在二氧化碳中610 ℃除碳1小时，得到硫化镉碳基复合光电催化剂；

步骤五、用电化学工作站及氙灯系统测试上述硫化镉碳基复合材料的光电催化性能。

图2的硫化镉碳基复合材料的SEM图，明显可见具有良好的气凝胶形貌，大量的硫化镉纳米颗粒在气凝胶表面。

采用卡拉胶、二水合乙酸镉原料，成功地制备出了用于光电催化的硫化镉碳基复合催化剂。该催化剂表现出优异的光电催化活性（光电流密度100μA左右，光源为300W（100W cm-2）氙灯，电解质为硫酸钠溶液）和良好的光稳定性（连续光照4000秒光电流密度几乎不变）。

传统制作硫化镉的工艺，一般以硫化钠或者硫化氢作为外加硫源，在制备过程中极易产生二次污染，再者硫化镉在光催化过程中由于空穴和光电子的快速复合表现出光吸收效率低和极差的光稳定性，这极大地限制了硫化镉在光催化中的应用。另外海洋生物质材料的大力发展，给我们提供了更多地发展机会。因此，发展简单、方便的制备稳定的硫化镉碳基复合光电催化剂的方法，从而克服硫化镉在制备和光电催化中缺陷是至关重要的。

本发明中，卡拉胶来源丰富、资源广泛，所得光电催化材料表现出优异的性能，是非常有前景的用于光电催化的材料。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述实施方式的限制。本领域技术人员可在不偏离本发明技术构思的前提下，对本发明作出各种修改或变型，这些修改或变型当然也落入本发明的保护范围之内。