本發(fā)明屬于催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備高效非貴金屬過渡元素硫化物光催化劑的方法。

背景技術(shù)：

目前，全球能源供應(yīng)主要依賴于有限的和不可再生的化石燃料，例如煤、石油和天然氣等。然而化石燃料的燃燒帶來了一系列的環(huán)境問題，環(huán)境的不斷惡化導(dǎo)致生物生存環(huán)境日趨嚴(yán)苛，因此調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是當(dāng)前人類的重要任務(wù)，探索和利用新型能源成為科學(xué)家們亟需解決的問題。

太陽能作為一種綠色、無污染且充足的能源，它的利用被稱為“21世紀(jì)夢的技術(shù)”。我國將太陽能利用列為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》的重要內(nèi)容之一。使用太陽能的優(yōu)點(diǎn)在于：能源儲備充足，據(jù)估算太陽能的總貯量可維持上百億年；無污染，是完全環(huán)境友好的；太陽能的取用方便，光輻射范圍覆蓋了全球，是一種全球型能源，不存在地域限制。

光催化技術(shù)是在光催化劑的幫助下將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的新技術(shù)，即利用太陽能將水分解為H₂，將CO₂轉(zhuǎn)化成為一氧化碳、甲烷和甲醇等，將有機(jī)物分解為無污染物質(zhì)?，F(xiàn)階段常用的光催化劑為金(Au)、鉑(Pt)等貴金屬基光催化劑，雖然這些光催化劑具有較高的活性，但是受其價格昂貴、資源短缺的限制，貴金屬基光催化劑并不能夠大范圍應(yīng)用。相對于貴金屬基光催化劑，鎳(Ni)、鐵(Fe)以及鈷(Co)等非貴金屬元素在地球上儲量豐富、價格低廉，非常適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，但是在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用卻非常少，對于非貴金屬基光催化劑的研究尚不充分。如果能夠在高效鎳、鐵、鈷等非貴金屬基光催化劑制備方面取得突破，將會對光催化領(lǐng)域的發(fā)展起到巨大的推動作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種花狀硫化鈷光催化劑的制備方法，旨在利用水熱法制得高效的非貴金屬過渡元素硫化物光催化劑。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種花狀硫化鈷光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)將乙酸鈷和硫源在由有機(jī)胺和水合肼構(gòu)成的混合溶劑中混合均勻，并充分?jǐn)嚢柚寥芙?，得混合反?yīng)液；

(2)將所述混合反應(yīng)液在100-200℃條件下水熱反應(yīng)24h，對所得產(chǎn)物進(jìn)行離心、洗滌和干燥，即獲得花狀硫化鈷光催化劑。

其中：

所述硫源為硫脲、硫代乙酰胺或硫化鈉。

步驟(1)中乙酸鈷和硫源的摩爾比為1：0.5-5。

所述有機(jī)胺為二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明的制備方法與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)勢明顯：傳統(tǒng)方法需使用高溫焙燒，焙燒溫度大于400℃，這容易造成催化劑團(tuán)聚，且導(dǎo)致催化劑分散性差和晶體缺陷，從而降低催化劑的光催化性能；而本發(fā)明的制備方法是在100-200℃的范圍內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度低、不需要高溫焙燒，且操作簡單、能耗低。本發(fā)明所制備的光催化劑分散性好、晶體完美、光催化性活性高、光催化穩(wěn)定好，適合批量生產(chǎn)。

2、本發(fā)明涉及的原料是非貴金屬鹽，價格低廉、資源豐富、應(yīng)用廣泛。

3、本發(fā)明所制備的非貴金屬光催化劑分散性好、晶體完美、光催化活性高、光催化穩(wěn)定性好，適合批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所得花狀硫化鈷的掃描電子顯微鏡照片；

圖2為實(shí)施例1所得花狀硫化鈷的X-射線衍射譜圖(XRD)；

圖3為實(shí)施例1所得花狀硫化鈷在光催化水分解反應(yīng)中的活性。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，下述實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

下述實(shí)施例中所用試劑均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

實(shí)施例1

本實(shí)施例按如下方法制備花狀硫化鈷光催化劑：

依次稱量249.08mg乙酸鈷和38.06mg硫脲置于4mL水合肼中，混合均勻并充分溶解，然后加入36mL二乙烯三胺，攪拌混合均勻后，將所得的黑色溶液加入到50mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于180℃烘箱中水熱反應(yīng)24小時，隨后自然冷卻至室溫，并對產(chǎn)物進(jìn)行離心、洗滌和干燥，即獲得花狀硫化鈷光催化劑。

圖1和圖2分別為產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡照片和X-射線衍射譜圖。從圖1可以看出，該催化劑呈一種花狀結(jié)構(gòu)，由2-3μm的微米片組成；從圖2可清楚看到，該催化劑譜圖并沒有處出現(xiàn)明顯的衍射峰，為無定形態(tài)。

將本實(shí)施例的花狀硫化鈷光催化劑樣品用在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，同時以貴金屬基光催化劑Pt作為對比，以測試其催化性能，具體方法為：將10mg樣品與20mg CdS量子點(diǎn)結(jié)合，并加入10mL乳酸作為犧牲劑、90mL去離子水作為溶劑和催化底物。經(jīng)測試，樣品的產(chǎn)氫量如圖3所示，從圖中可以看出本實(shí)施例的花狀硫化鈷光催化劑樣品有較好的光催化活性。經(jīng)計算，本實(shí)施例的花狀硫化鈷光催化劑樣品的產(chǎn)氫速率為1083.93μmol/h，遠(yuǎn)高于使用貴金屬基光催化劑(約為326.6μmol/h)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例按如下方法制備花狀硫化鈷光催化劑：

依次稱量249.08mg乙酸鈷和75.13mg硫代乙酰胺置于4mL水合肼中，混合均勻并充分溶解，然后加入36mL二乙烯三胺，攪拌混合均勻后，將所得的黑色溶液加入到50mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于180℃烘箱中水熱反應(yīng)24小時，隨后自然冷卻至室溫，并對產(chǎn)物進(jìn)行離心、洗滌和干燥，即獲得花狀硫化鈷光催化劑。

本實(shí)施例所得樣品的形貌與實(shí)施例1相似，形貌均勻、分散性好、晶體完美。

經(jīng)測試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，本實(shí)施例的硫化鈷光催化劑的產(chǎn)氫速率為730.5μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為326.6μmol/h)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例按如下方法制備花狀硫化鈷光催化劑：

依次稱量249.08mg乙酸鈷和240.18mg九水硫化鈉置于4mL水合肼中，混合均勻并充分溶解，然后加入36mL二乙烯三胺，攪拌混合均勻后，將所得的黑色溶液加入到50mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于180℃烘箱中水熱反應(yīng)24小時，隨后自然冷卻至室溫，并對產(chǎn)物進(jìn)行離心、洗滌和干燥，即獲得花狀硫化鈷光催化劑。

本實(shí)施例所得樣品的形貌與實(shí)施例1相似，粒徑均勻、分散性好、晶體完美。

經(jīng)測試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，本實(shí)施例的硫化鈷光催化劑的產(chǎn)氫速率為890.6μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為326.6μmol/h)。

實(shí)施例4

本實(shí)施例按如下方法制備花狀硫化鈷光催化劑：

依次稱量249.08mg乙酸鈷和76.12mg硫脲置于4mL水合肼中，混合均勻并充分溶解，然后加入36mL二乙烯三胺，攪拌混合均勻后，將所得的黑色溶液加入到50mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于180℃烘箱中水熱反應(yīng)24小時，隨后自然冷卻至室溫，并對產(chǎn)物進(jìn)行離心、洗滌和干燥，即獲得花狀硫化鈷光催化劑。

本實(shí)施例所得樣品的形貌與實(shí)施例1相似，形貌均勻、分散性好、晶體完美。

經(jīng)測試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，本實(shí)施例的硫化鈷光催化劑的產(chǎn)氫速率為927.25μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為326.6μmol/h)。

實(shí)施例5

本實(shí)施例按如下方法制備花狀硫化鈷光催化劑：

依次稱量249.08mg乙酸鈷和15.22mg硫脲置于4mL水合肼中，混合均勻并充分溶解，然后加入36mL二乙烯三胺，攪拌混合均勻后，將所得的黑色溶液加入到50mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于180℃烘箱中水熱反應(yīng)24小時，隨后自然冷卻至室溫，并對產(chǎn)物進(jìn)行離心、洗滌和干燥，即獲得花狀硫化鈷光催化劑。

本實(shí)施例所得樣品的形貌與實(shí)施例1相似，形貌均勻、分散性好、晶體完美。

經(jīng)測試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，本實(shí)施例的硫化鈷光催化劑的產(chǎn)氫速率為817.62μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為326.6μmol/h)。