【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化剂领域，涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前，地球上大约有74亿吨塑料，预计到2050年将增加到400亿吨。并且，由于缺乏可持续的回收技术，全球只有不到10％的塑料被回收，70％以上的废塑料堆积在垃圾填埋场和海洋中，对全球生态系统构成了巨大威胁。聚对苯二甲酸乙酯(pet)是制造一次性塑料瓶和服装纤维中最常见的消费塑料之一，因此，有必要为废塑料的回收或升级开发一种更温和和更有效的路线。
2、光转化技术是一种温和、可持续的废塑料回收和升级方法，不仅可以减少废物，而且可以产生有价值的产品。在光重整体系中，半导体光催化剂在光照射下产生电子和空穴。导电带(cb)中的电子将水光还原为绿色燃料h2，而价带(vb)中的空穴将塑料光氧化解聚生成高附加值的化学品。
3、近年来，人们探索了多种催化剂用于pet光重整，单原子催化剂(sacs)与普通光催化剂相比，由于其具有高利用率的活性中心和原子效率，同时更节约材料成本、污染更小，在催化领域中表现出了一定优势。例如，cn118949990a公开了一种负载钴单原子的二氧化钛纳米片及其在活化过一硫酸盐降解有机污染物中的应用，该催化剂以钴单原子作为催化位点，能够高效活化过一硫酸盐产生强氧化性的羟基自由基，实现抗生素类新污染物的高效氧化降解，且在多次降解循环中可以维持优异的催化性能，具有良好的实际应用前景。
4、然而，科研人员对sacs在塑料废弃物方面应用的研究较少，其应用尚不广泛，但前景广阔。因此，如何精确控制金属单原子(sacs)和
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种光催化剂及其制备方法和应用。本专利技术通过在cds量子点中掺杂金属单原子作为光催化剂，一方面，cds量子点能够提供较大的比表面积和较多的反应活性位点，另一方面，金属单原子的掺杂促进了催化剂中的电子转移，二者协同作用，使催化剂表现出了优异的析氢和光催化塑料转化的性能。并且，本专利技术提供的制备方法简单，适合大规模应用。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种光催化剂，所述光催化剂包括cds量子点和掺杂在所述cds量子点中的金属单原子；
4、所述金属单原子包括过渡金属、稀土金属或bi中的任意一种，所述稀土金属包括sm或ce。
5、本专利技术中，通过在cds量子点中掺杂金属单原子作为光催化剂，一方面，硫空位可以为大量金属单原子提供锚定位点，使得金属单原子均匀分布在cds量子点上，另一方面，金属单原子的掺杂可以引入杂质能级，调控催化剂的能带结构，从而促进光生电子转移，抑制载流子的复合，进一步加速光生载流子向界面转移参加反应；同时，这种金属单原子掺杂cds量子点的结构极大提高了原子利用率和催化剂的比表面积，有利于提供更多的反应活性位点，从而提高催化效率。
6、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
7、优选地，所述金属单原子包括sm或bi。
8、本专利技术中，通过选择sm或bi作为金属掺杂元素，由于sm元素的电子云分布和能级结构独特，化学性质稳定，因此更有利于调控光生载流子的传输和分离过程，从而提高催化剂的光催化效率和稳定性；而bi元素具有多种氧化态，在光催化过程中，能够通过不同氧化态之间的快速转换，有效地参与氧化还原反应，产生更多具有强氧化性的活性物种，从而更迅速地攻击塑料分子链，使其断裂和降解。
9、优选地，所述过渡金属包括ni、mo或nb中的任意一种。
10、优选地，当所述金属单原子包括过渡金属或稀土金属时，所述cds量子点和硫源中的硫的质量之和与所述金属单原子的质量比为100:(0.01～3)，例如100:0.01、100:0.1、100:0.5、100:1、100:1.5、100:2、100:2.5或100:35、100等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
11、优选地，当所述金属单原子包括bi时，所述cds量子点和硫源中的硫的质量之和与所述金属单原子的质量比为100:(0.03～1.5)，例如100:0.03、100:0.05、100:0.08、100:0.1、100:0.2、100:0.5、100:0.8、100:1、100:1.2或100:1.5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、本专利技术中，通过调控金属单原子的掺杂量，能够对催化剂的性能进行调节；当所述金属单原子包括过渡金属或稀土金属时，通过将cds量子点和硫源中的硫的质量之和与金属单原子的质量比控制在100:(0.01～3)这个范围内，更有利于金属单原子在cds量子点中的均匀掺杂，能够更好的兼顾催化剂的活性和稳定性；而当所述金属单原子包括bi时，由于bi的独特性质，将cds量子点和硫源中的硫的质量之和与所述金属单原子的质量比控制在100:(0.03～1.5)这个范围内，则会取得更好的催化效果。
13、优选地，所述cds量子点的平均粒径为2nm～3nm，例如2nm、2.1nm、2.2nm、2.3nm、2.4nm、2.5nm、2.6nm、2.7nm、2.8nm、2.9nm或3nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14、优选地，所述cds量子点的结构包括立方闪锌矿型结构。
15、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的光催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
16、(1)将镉源、掺杂金属源溶液、巯基化合物和溶剂进行第一混合，使用ph调节剂调节ph≥10，得到cd的前体溶液；
17、(2)将所述cd的前体溶液和硫源进行第二混合，在加热条件下进行反应，得到所述光催化剂；
18、所述掺杂金属源溶液中的掺杂金属源包括过渡金属源、稀土金属源或bi源中的任意一种，所述稀土金属源包括sm源或ce源。
19、本专利技术中，仅需在常温常压下对原料进行简单的混合和加热反应，即可制备得到金属单原子掺杂的cds量子点光催化剂，且制备过程中无需加入贵金属助催化剂和有毒的有机包覆剂，也无需使用昂贵的设备，制备成本低且无污染，有利于实现产业化生产；此外，需要特别说明的是，步骤(1)中，控制ph≥10更有利于掺杂金属的均匀分散以及cds量子点的稳定性。
20、所述使用ph调节剂调节ph≥10，例如可以是10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5或14等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21、优选地，所述过渡金属源包括ni源、mo源或nb源中的任意一种。
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【技术保护点】
1.一种光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括CdS量子点和掺杂在所述CdS量子点中的金属单原子；
2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述金属单原子包括Sm或Bi；
3.一种如权利要求1或2所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属源包括Ni源、Mo源或Nb源中的任意一种；
5.根据权利要求3或4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂包括NaOH溶液；
6.根据权利要求3-5任一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫源包括硫化钠；
7.根据权利要求3-6任一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)在惰性气体气氛中进行；
8.根据权利要求3-7任一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，对步骤(2)所述反应后的产物依次进行洗涤和干燥处理；
9.根据权利要求3所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
10.一种如权利要求1或2所
...【技术特征摘要】
1.一种光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括cds量子点和掺杂在所述cds量子点中的金属单原子；
2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述金属单原子包括sm或bi；
3.一种如权利要求1或2所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属源包括ni源、mo源或nb源中的任意一种；
5.根据权利要求3或4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述ph调节剂包括naoh溶液；
【专利技术属性】
技术研发人员：杨向光，宋佳欣，饶成，张一波，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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