【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化水分解析氢。
技术介绍
1、近年来，全球能源的快速消耗和随之而来的环境问题引起了社会的广泛关注。氢燃料是一种安全、可持续、环保的能源，水分解是氢燃料生产的一种很有前途的方法。一般来说，光催化分解水产氢包括三个主要步骤；（1）半导体通过吸收光产生电子-空穴对；（2）电荷分离和向半导体表面迁移；（3） h2在表面的溢出反应。虽然相关文献（rsc advances,2018, 8(21): 11489; int. j. hydrogen energy , 2021, 46: 15389; chemicalengineering journal, 2018, 346: 226）报道了许多可用于光催化制氢的半导体材料，如cds和tio2，但它们受限于快速的电子空穴复合或较窄的光吸收范围，性能较差。因此，制造更高效的光催化材料仍然是一个挑战。
2、通过形貌调控、异质结构筑、元素掺杂、助催化剂修饰等策略，可以提高光催化剂的性能。其中，异质结的构筑不但丰富反应位点，且因内建电场的形成，从而加速空间电荷区内光生载流子的分离，增强光催化反应活性，从而得到广泛研究。层状双金属氢氧化物（ldh）由于层间阴离子元素可变、层间距可调等特点被广泛应用为催化剂促进催化性能。尤其对于ldh纳米片与cds的复合，多采用传统的水热法制备ldh纳米片，容易产生堆积，减小比表面积，从而减少了活性位点的暴露。不同于传统水热法制备ldh纳米片，本专利技术采用金属离子刻
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂及其制备方法和应用，在碳纳米管上原位负载como-ldh作为助催化剂复合纳米cds半导体后构建了cnt/como-ldh/cds复合光催化剂，通过对催化剂形貌和结构的合理设计，加速了催化剂中的电子分离和迁移效率，抑制了光生载流子的复合，从而提高了cds基半导体的光催化产氢性能。
2、本专利技术将钴钼层状双金属氢氧化物（como-ldh）引入光催化产氢领域，提供了一种碳纳米管（cnt）负载como-ldh和cds的复合光催化剂——cnt/como-ldh/cds的制备方法和应用。本专利技术采用金属离子刻蚀法制备como-ldh纳米笼，不但空心笼状的形貌结构有利于暴露更多活性位点，而且como-ldh与cds紧密接触形成异质结，能够加速光生电子的转移；此外，纳米笼结构的como-ldh还能够调控其能带结构，使其与cds保持较高的势垒差，进一步促进光生电子的转移，从而增强电荷的分离和迁移效率，提高光催化产氢速率。
3、本专利技术提供了一种碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂，其中碳纳米管、层状双金属氢氧化物与硫化镉在复合光催化剂中的质量分数分别为0.02%-0.04%、46.96%-51.98%、48%-53%。
4、本专利技术提供了上述碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
5、第一步，通过离子交换和水合反应，利用钼源刻蚀高度分散负载co-zif的碳纳米管（cnt/co-zif），使得cnt/co-zif上的co-zif演变成层状结构como-ldh，得到cnt/como-ldh；
6、第二步，以cnt/como-ldh为载体，加入镉源、硫源和氢氧化钠溶液，水热原位负载cds，得到cnt/como-ldh/cds复合光催化剂；通过合理设计，cnt穿插在复合材料中，起到了类似“导线”的作用使得复合材料像“电路”一样被串联起来，加快了复合材料中的电子转移。并且本专利技术还成功将como-ldh引入复合材料中并与cds构建成异质结构，两者组成的ⅱ型异质结加快了光生电子-空穴对的迁移和运输，从而抑制了光生电子-空穴对的复合，提高了光催化产氢效率。
7、上述钴源为：硝酸钴、氯化钴中的任意一种；钼源为keggin型磷钼酸pmo12、钼酸铵amt、钼酸钠中的任意一种；镉源为氯化镉、硝酸镉、醋酸镉中任意一种；硫源为硫脲、硫化钠、硫代乙酰胺中任意一种。
8、制备上述碳纳米管负载层状双金属氢氧化物和cds的复合光催化剂cnt/como-ldh/cds的方法，具体步骤如下：
9、（1）将1 g商业碳纳米管分散于100 ml硫酸与硝酸体积比为3:1的混酸中，使用超声频率为40 khz的超声仪器超声处理5 min后，于60℃水浴加热下回流5 h；反应结束待其冷却至室温后，将反应物水洗并抽滤洗涤至ph呈中性，冷冻干燥后得到酸处理过的cnt；
10、（2）将0.01-0.02 g的酸处理后的碳纳米管溶于20 ml无水甲醇（或水）中，加入0.31-0.40 g的钴源，使用超声频率为40 khz的超声仪器超声1 min后形成均匀的溶液a；
11、（3）将0.8-1.0 g的2-甲基咪唑溶于20 ml无水甲醇（或水）中，使用超声频率为40khz的超声仪器超声1 min后形成均匀的溶液b（在一个完整的制备过程中，步骤2、3中使用的溶剂为同一种）；
12、（4）将步骤（2）中的溶液a与步骤（3）中的溶液b混合均匀，搅拌2 h，得到co-zif被碳纳米管串联起来的复合物cnt/co-zif；
13、（5）将0.02-0.04 g步骤（4）中得到的cnt/co-zif分散在40 ml无水乙醇中，使用超声频率为40khz的超声仪器超声1 min后形成均匀的溶液c；
14、（6）将0.006-0.14 g的钼源溶于10 ml水中，使用超声频率为40 khz的超声仪器超声1 min后形成均匀的溶液d；
15、（7）将步骤（5）中的溶液c与步骤（6）的溶液d混合均匀，在80-100℃下水热1.5-2.5h，得到钼刻蚀cnt/co-zif后的助催化剂——cnt/como-ldh；
16、（8）将0.02-0.03 g cnt/como-ldh分散在30 ml水中，加入0.30-0.40 g的镉源，搅拌20-40 min 后加入0.12-0.15 g的硫源和0.3-0.5 ml naoh（4m）溶液，搅拌50-70 min，在180-200℃下水热反应10-14 h，得到cnt/como-ldh/cds复合光催化剂。
17、本专利技术提供了上述碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂cnt/como-ldh/cds在光催化分解水产氢中的应用，采用300 w氙灯（配400 nm 滤光片）光源，反应体系中仅需0.015 g的复合光催化剂和80-120 ml 体积分数为5%-10%的乳酸溶液，即可达到40.91~46.76 mmol g-1 h-1的析氢效率。
18、本专利技术的有益效果：
19、（1）本专利技术利用酸功能化碳纳米管表面的羧基基团，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂，其特征在于：碳纳米管、层状双金属氢氧化物与硫化镉在复合光催化剂中的质量分数分别为0.02%-0.04%、46.96%-51.98%、48%-53%。
2.一种权利要求1所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于：钴源为硝酸钴、氯化钴中的任意一种；钼源为Keggin型磷钼酸PMo12、钼酸铵AMT、钼酸钠中的任意一种；镉源为氯化镉、硝酸镉、醋酸镉中任意一种；硫源为硫脲、硫化钠、硫代乙酰胺中任意一种。
5.根据权利要求3所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）和（3）中使用的溶剂为同一种。
6.根据权利要求3所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法
7.根据权利要求3所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）~（6）的超声过程中，设置超声频率为40 kHz。
8.一种权利要求1所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂在光催化分解水产氢中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：采用300 W氙灯光源，配400 nm 滤光片，反应体系中使用0.015 g的复合光催化剂和80-120 mL 体积分数为5%-10%的乳酸溶液，析氢效率能达到40.91~46.76 mmol g-1 h-1。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂，其特征在于：碳纳米管、层状双金属氢氧化物与硫化镉在复合光催化剂中的质量分数分别为0.02%-0.04%、46.96%-51.98%、48%-53%。
2.一种权利要求1所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的碳纳米管/层状双金属氢氧化物/硫化镉复合光催化剂的制备方法，其特征在于：钴源为硝酸钴、氯化钴中的任意一种；钼源为keggin型磷钼酸pmo12、钼酸铵amt、钼酸钠中的任意一种；镉源为氯化镉、硝酸镉、醋酸镉中任意一种；硫源为硫脲、硫化钠、硫代乙酰胺中任意一种。
5.根据权利要求3所述的碳纳米管/层...
【专利技术属性】
技术研发人员：王蕊欣，张嘉阳，禹丽，李娜，张国庆，邱丽晶，李旭，焦纬洲，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。