CN109225265B - 一种全固态z型异质结光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM‑WO3催化剂，再加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM‑WO3/Pt催化剂，最后进行热处理，得3DOM‑HxWO3/Pt；2)将L‑半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM‑HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；3)向混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂，该方法制备得到的全固态Z型异质结光催化剂具有量子效率高、光生载流子不易复合的特点，并且光催化活性较高。
Description
技术领域
本发明属于能源催化技术领域，涉及一种全固态Z型异质结光催化剂的制备方法。
背景技术
氢气作为一种可再生、无污染、能量密度高的清洁能源。在冶金、燃料电池、有机合成、石油化工等行业发挥了重要的作用。目前，氢气主要通过水煤气转化、电解水以及烃类裂解等方式来生产，但是这些工艺或多或少存在资源消耗过大、环境污染及生产安全等问题。因此，开发新型、经济、高效的氢气生产技术对于人类社会的可持续发展具有重大意义。太阳能光催化水解制氢技术是近年来新发展的氢气生产技术，其原理是光催化剂在太阳光的照射下产生大量的光生电子-空穴对，这些光生电子-空穴对经分离后迅速迁移至催化剂表面，与水发生氧化还原反应，进而产生氢气和氧气。在众多的半导体材料中，氢钨青铜(HxWO3)以其性能稳定、无毒无害、原料廉价以及在可见光和近红外光均有较强的光吸收能力而备受研究者的青睐，然而，氢钨青铜光催化剂在实际应用中仍然存在几个技术难题，进而限制了其在工业上的进一步应用。如量子效率低、光生载流子易复合及无光解水产氢能力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，该方法制备得到的全固态Z型异质结光催化剂具有量子效率高、光生载流子不易复合的特点，并且光催化活性较高。
为达到上述目的，本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂(三维有序大孔三氧化钨)中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂(铂负载三维有序大孔三氧化钨催化剂)，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt(铂负载三维有序大孔氢钨青铜催化剂)；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：
向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于90℃～130℃下水热反应1～4小时。
步骤3)中分别通过乙醇及水洗涤若干次。
L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3、水及Na2S溶液的比例为(0.5-3)mmoL:(0.5-6)mmoL:1mmoL：30mL:(0.75-3)mmoL。
步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在25-300℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：1-3mL：30mL：0.5-2.5g：3-5mL：3-5g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为400-650℃，煅烧时间为2-4h，搅拌照射时间为3h。
具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法在具体操作时，通过在3DOM-HxWO3与CdS之间构筑Z型异质结来促使两者之间光生电子空穴对的迁移及分离，解决了HxWO3光生载流子易复合、量子效率低及无产氢活性等问题，实现该复合材料高效的光水解产氢活性。具体的，通过加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，该3DOM-WO3催化剂具有相互贯通的均匀超大孔结构，有效的解决了反应过程中传质问题，同时大的比表面积提供了大量的活性位点以及与CdS之间的连接点。另外，将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；使得3DOM-HxWO3具有超高的光电效益，可作为良好的电子载体。最后本发明将L-半胱氨酸作为多官能团表面活性剂可使CdS纳米颗粒均匀、紧密的生长在3DOM-HxWO3/Pt骨架上，使3DOM-HxWO3/Pt与CdS形成可促进电子-空穴对快速迁移的Z型异质结通道，该结构可实现主产氢活性物质CdS价带、导带上的电子-空穴对的空间快速分离及转移，使光生电子尽快的迁移至材料表界面参与光催化分离水反应，光催化活性较高。
附图说明
图1a为实施例一中3DOM-HxWO3/Pt的扫描电子显微镜(SEM)在2μm下的表征图；
图1b为实施例一中3DOM-HxWO3/Pt的扫描电子显微镜(SEM)在500nm下的表征图；
图1c为实施例一中3DOM-HxWO3/Pt的透射电子显微镜在400nm下的表征图；
图1d为实施例一中3DOM-HxWO3/Pt的透射电子显微镜在5nm下的表征图；
图2a为实施例一中CdS颗粒的SEM图；
图2b为实施例一中CdS颗粒的TEM图；
图2c为实施例一中3DOM-HxWO3/Pt样品的SEM图；
图2d为实施例一中CdS样品的SEM图；
图2e为实施例一中3DOM-HxWO3/Pt/CdS样品的TEM图；
图2f为实施例一中3DOM-HxWO3/Pt/CdS样品的HRTEM图；
图3a为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的Overlay on Image图；
图3b为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的W元素面扫分布图；
图3c为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的O元素面扫分布图；
图3d为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的Cd元素面扫分布图；
图3e为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的S元素面扫分布图；
图3f为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的Pt元素面扫分布图；
图4为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的XRD图；
图5a为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的紫外可见漫反射(Uv-vis)图；
图5b为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的瞬态光电流图；
图6a为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的可见光水解制氢速率图；
图6b为实施例一中Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS的5次活性循环实验图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例一
本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3/Pt、水及Na2S溶液的比例为0.5mmoL:1mmoL:0.5mmoL：30mL:1.5mmoL。
钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：2mL：30mL：2g：5mL：3g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在25℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
步骤1)中，在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为500℃，煅烧时间为4h，搅拌照射时间为3h。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于100℃下水热反应3小时。
步骤3)中分别通过乙醇及水洗涤若干次。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的制作过程为：在氮气保护下将10g的苯乙烯、5g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.2g的偶氮二异丁腈、140mL乙醇及10mL水均匀混合于水浴锅中，并在80℃下加热搅拌20h，即可得到乳白色的PS微球乳液，然后通过4次高速离心(10000r/min)醇洗、水洗去掉杂质，最后通过超声分散将PS微球再次分散在80mL的水溶液中，并于3000r/min低速离心分离2小时，去掉上清液后放置于60℃环境中进行干燥，得到具有密堆积结构的多层PS模板。
实施例二
本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3/Pt、水及Na2S溶液的比例为1.5mmoL:4mmoL:0.5mmoL：30mL:3mmoL。
钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：3mL：30mL：1g：5mL：5g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在25℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
步骤1)中，在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为600℃，煅烧时间为2h，搅拌照射时间为3h。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于120℃下水热反应1小时。
步骤3)中分别通过乙醇及水洗涤若干次。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的制作过程为：在氮气保护下将15g的苯乙烯、3g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.15g的偶氮二异丁腈、140mL乙醇及10mL水均匀混合于水浴锅中，并在70℃下加热搅拌24h，即可得到乳白色的PS微球乳液，然后通过4次高速离心(10000r/min)醇洗、水洗去掉杂质，最后通过超声分散将PS微球再次分散在80mL的水溶液中，并于3000r/min低速离心分离2小时，去掉上清液后放置于60℃环境中进行干燥，得到具有密堆积结构的多层PS模板。
实施例三
本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3/Pt、水及Na2S溶液的比例为1mmoL:0.5mmoL:0.5mmoL：30mL:0.75mmoL。
钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：1mL：30mL：2.5g：3mL：4g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在200℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
步骤1)中，在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为550℃，煅烧时间为3h，搅拌照射时间为3h。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于110℃下水热反应3小时。
步骤3)中分别通过乙醇及水洗涤若干次。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的制作过程为：在氮气保护下将5g的苯乙烯、5g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.3g的偶氮二异丁腈、140mL乙醇及10mL水均匀混合于水浴锅中，并在80℃下加热搅拌30h，即可得到乳白色的PS微球乳液，然后通过4次高速离心(10000r/min)醇洗、水洗去掉杂质，最后通过超声分散将PS微球再次分散在80mL的水溶液中，并于3000r/min低速离心分离2小时，去掉上清液后放置于60℃环境中进行干燥，得到具有密堆积结构的多层PS模板。
实施例四
本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3/Pt、水及Na2S溶液的比例为0.5mmoL:0.5mmoL:1mmoL：30mL:0.75mmoL。
钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：1mL：30mL：0.5：3mL：3g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在25℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
步骤1)中，在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为400℃，煅烧时间为2h，搅拌照射时间为3h。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于90℃下水热反应1小时。
步骤3)中分别通过乙醇及水洗涤若干次。
实施例五
本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3/Pt、水及Na2S溶液的比例为3mmoL:6mmoL:1mmoL：30mL:3mmoL。
钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：3mL：30mL：2.5g：3-5mL：5g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在300℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
步骤1)中，在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为650℃，煅烧时间为4h，搅拌照射时间为3h。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于130℃下水热反应4小时。
步骤3)中分别通过乙醇及水洗涤若干次。
实施例六
本发明所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3/Pt、水及Na2S溶液的比例为1.5mmoL:4mmoL:1mmoL：30mL:2mmoL。
钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：2mL：30mL：1.5g：4mL：4g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在100℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
步骤1)中，在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为600℃，煅烧时间为3h，搅拌照射时间为3h。
步骤1)中具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于100℃下水热反应2小时。
步骤3)中分别通过乙醇及水洗涤若干次。
本发明通过水热原位生长方法将CdS纳米颗粒均匀的、紧密的生长在3DOM多孔材料的骨架上，不仅可充分利用3DOM-HxWO3/Pt光催化剂优良的光电性能，而且三维有序大孔结构可很好的解决反应中的传质问题，同时三维有序大孔结构也为CdS纳米颗粒提供了大量的生长位点。最重要的是3DOM-HxWO3/Pt与CdS纳米颗粒的紧密接触，两者能级完全吻合Z型异质结的构筑，Z型异质结提供的特殊便捷电子传输通道极大的促进了光催化反应过程中光生电荷的传输。及时将CdS表面的光生电子迁移至材料表面参与界面还原产氢反应，及时将CdS表面的光生空穴迁移至3DOM-HxWO3导带，从而有效的解决CdS光腐蚀问题，确保全固态3DOM-HxWO3/Pt/CdS Z型异质结光催化剂高的光催化活性及长的使用寿命，推动3DOM-HxWO3/Pt/CdS光催化剂产氢的实际化应用。
Claims (7)
1.一种全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钨酸及氨水加入到去离子水A中，搅拌均匀后加入草酸及无水乙醇，再加入PS模板，然后进行真空浸渍、干燥及煅烧，得3DOM-WO3催化剂，再向3DOM-WO3催化剂中加入去离子水B，然后加入氯铂酸溶液，并通过光还原法在氙灯下搅拌照射，得3DOM-WO3/Pt催化剂，最后将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3/Pt；
2)称取L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt，再将L-半胱氨酸、Cd(NO3)2及3DOM-HxWO3/Pt加入到水中，然后再搅拌均匀，得混合溶液；
3)向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应，待其反应完成后冷却至室温，然后将反应产物依次进行洗涤、离心分离及冷冻干燥，得Z型异质结光催化剂3DOM-HxWO3/Pt/CdS。
2.根据权利要求1所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液，然后进行水热反应的具体操作为：
向步骤2)得到的混合溶液加入Na2S溶液以生成沉淀，然后将沉淀及混合溶液加入到聚四氟乙烯高压釜中，并于90℃～130℃下水热反应1～4小时。
3.根据权利要求1所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，L-半胱氨酸、Cd(NO3)2、3DOM-HxWO3、水及Na2S溶液的比例为(0.5-3)mmoL:(0.5-6)mmoL:1mmoL：30mL:(0.75-3)mmoL。
4.根据权利要求1所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中将3DOM-WO3/Pt催化剂在H2的气氛下进行热处理，得3DOM-HxWO3的具体操作为：将3DOM-WO3/Pt催化剂放入管式炉中，然后通入H2，并在25-300℃下热处理，得3DOM-HxWO3/Pt。
5.根据权利要求4所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，钨酸、氨水、去离子水A、草酸、无水乙醇及PS模板的比例为：1g：1-3mL：30mL：0.5-2.5g：3-5mL：3-5g；
3DOM-WO3催化剂、去离子水B及氯铂酸溶液的比例为0.5g：50mL：0.4mL，氯铂酸溶液的浓度为1wt％。
6.根据权利要求4所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，在80℃条件下进行真空浸渍及干燥，煅烧过程中的温度为400-650℃，煅烧时间为2-4h，搅拌照射时间为3h。
7.根据权利要求1所述的全固态Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，具有密堆积结构的多层PS模板的粒径为1000nm。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109225265A (zh) | 2019-01-18 |
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