一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。本发明专利技术所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中，硫化铟纳米片通过原位生长法负载于硫化镉纳米棒上，所述硫化铟纳米片与所述硫化镉纳米棒通过镉

【技术实现步骤摘要】
一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]过氧化氢仅含有氢和氧元素，是绿色氧化剂之一，广泛用于工业消毒、医疗灭菌和污水修复。同时，它是一种清洁、无碳、高能量密度的燃料电池载体。因此，它表现出巨大的市场需求量和广阔的应用前景，其中全球年需求量已达600万吨。与传统的过氧化氢生产方法(如蒽醌法、直接合成、电解、醇氧化等)相比，这些小规模的现场制备过氧化氢策略具有极大吸引力(如光催化、电催化、光电催化)，可有效避免过氧化氢的长期储存和远程运输。对此，通过两电子氧气还原反应(ORR)或水氧化反应(WOR)的光催化生产过氧化氢策略更具前景，可直接将太阳能转化为化学能，而无需额外的能力输入。然而，实现光催化过氧化氢高效生产的最大挑战是设计合适的催化材料。
[0003]目前，石墨碳氮化物、共价有机框架、硫化铟锌、硫化镉、二氧化钛、氧化锌等由于其合适的能带结构，已被证明是有前途的光催化材料。其中，硫化镉由于其合适的带隙(～2.4eV)、合适的能带位置、高稳定性和良好的光电化学性能而成为一种潜在的候选人，其已被广泛用于水分解析氢。然而，单纯硫化镉光催化生产过氧化氢的能力与实际需求相差甚远，急需通过一些有效策略进行改性。值得注意的是，构建具有空间分离的光生载流子和更强的氧化还原能力的Z
‑
型异质结构是提高硫化镉在过氧化氢生产中的性能的一种有前途的方法，它可以克服热力学和动力学方面的困难。然而，在这一过程中，不同材料的适当界面匹配和亲密界面的形成对于构建有效的Z
‑
型异质结构至关重要，这一点经常被研究人员忽视，也缺乏深入的研究。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中光催化剂对太阳光响应能力差、光生载流子快速重组、催化效率低等问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料及其制备方法与应用。该复合材料具有内建电场调控，构建了优异的异质结面使其具有快速的光生载流子的分离和传输效率，以及较强的可见光吸收能力，进而大幅度提升光催化效果，尤其是光催化制备过氧化氢的产率。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中，硫化铟纳米片通过原位生长法负载于硫化镉纳米棒上，所述硫化铟纳米片与所述硫化镉纳米棒通过镉
‑
硫
‑
铟共价键连接，形成了共价异质界面。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中硫化铟
的质量百分比为1％
‑
50％。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料具有太阳光响应，太阳光吸收范围为350nm
‑
750nm。
[0009]本专利技术的第二个目的是提供一种所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的制备方法，包括以下步骤，将硫化镉纳米棒加入硫化铟前驱体中，50℃
‑
300℃水热反应12h
‑
54h，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述硫化镉纳米棒的制备方法具体包括以下步骤，将镉源和硫源溶于弱碱性溶剂，50℃
‑
300℃水热反应24h
‑
72h，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到所述硫化镉纳米棒。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述镉源和硫源的摩尔比为1：1
‑
10。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述镉源选自氯化镉、硝酸镉、醋酸镉和硫酸镉中的一种或多种；所述硫源选自硫脲、硫代乙酰胺、硫化铵和硫代硫酸钠中的一种或多种；所述弱碱性溶剂为水、乙二胺、三乙胺和苯胺中的一种或多种。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述硫化铟前驱体由铟源和缓冲试剂按照质量比1：0.5
‑
5混合得到。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述铟源选自硝酸铟、氯化铟、硫酸铟和醋酸铟中的一种或多种；所述缓冲试剂选自L
‑
半胱氨酸和/或磷酸盐。
[0015]本专利技术的第三个目的是提供一种所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料在光催化制备过氧化氢中的应用。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述应用中以共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料为光催化剂，以空气中氧气为原料。在无需鼓入氧气的常规环境条件下进行。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述应用中共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料具有高效稳定性，易于回收，重复使用。
[0018]本专利技术的第四个目的是提供一种所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料在光催化制备清洁能源及环境修复领域的应用。
[0019]本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0020](1)本专利技术所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料一方面通过共价异质界面的构建，界面处的内建电场通过新形成的共价键桥有效促进了光生载流子的分离效率和传输效率，使其光生电子和光生空穴的复合速率降低，显著提高了硫化镉的光催化活性；另一方面具有窄禁带(～2.0eV)、优异可见光响应和光电性能的硫化铟作为其助催化剂，大幅度提高了硫化镉对可见光的吸收能力及利用率，太阳光吸收范围为350nm
‑
750nm，进而提高光催化生产过氧化氢效率。
[0021](2)本专利技术所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料是一种性能优良的光催化剂，其光催化生产过氧化氢的效率高，且稳定性好，有利于光催化剂的回收和重复利用。可应用在能源生产以及环境修复中，尤其是应用于光催化生产清洁能源中。
[0022](3)本专利技术所述的制备方法以硫化镉最外层硫原子为锚定点，通过原位构建镉
‑
硫
‑
铟共价键将硫化铟纳米片成功修饰到硫化镉纳米棒表面，形成了具有共价异质界面的复合材料，对于提高光催化生产过氧化氢效率起到至关重要作用。
[0023](4)本专利技术所述的制备方法简单，原料易得，而且操作简便，对工业化应用十分关
键。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中：
[0025]图1为本专利技术实施例1制备的硫化镉纳米棒的SEM图；
[0026]图2为本专利技术实施例1制备的硫化铟纳米花的SEM图；
[0027]图3为本专利技术实施例1制备的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的SEM图；
[0028]图4为本专利技术实施例1制备的硫化镉纳米棒、硫化铟纳米花、共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的太阳光吸收图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料，其特征在于，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中，硫化铟纳米片通过原位生长法负载于硫化镉纳米棒上，所述硫化铟纳米片与所述硫化镉纳米棒通过镉
‑
硫
‑
铟共价键连接，形成了共价异质界面。2.根据权利要求1所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料，其特征在于，所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料中硫化铟的质量百分比为1％
‑
50％。3.权利要求1或2所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，将硫化镉纳米棒加入硫化铟前驱体中，50℃
‑
300℃水热反应12h
‑
54h，反应结束后经离心、洗涤、干燥，得到所述共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料。4.根据权利要求3所述的共价键连接的硫化铟/硫化镉复合材料的制备方法，其特征在于，所述硫化镉纳米棒的制备方法具体包括以下步骤，将镉源和硫源溶于弱碱性溶剂，50℃
‑
300℃水热反应24h
‑
72h，反应结束后经离心、洗涤...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊蝶，曲家福，李雪，杨晓刚，李长明，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：