一种低温熔盐法制备CdS的方法及制得的CdS在光催化领域的应用与流程

本发明属于无机材料领域，涉及一种低温熔盐法制备cds的方法及制得的cds在光催化领域的应用。

背景技术：

传统不可再生能源(如煤炭、石油、天然气)造成了一些诸如雾霾、温室气体排放等严重的环境污染问题，因此，开发一种低碳、绿色、环保的新型能源至关重要。氢气作为一种环保、可再生、高能量值的燃料有望成为替代传统化石能源的新型清洁能源。传统的制备氢气的方法为高温裂解烷烃类燃料，该过程存在着高能耗，易造成环境污染等问题。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的能源，因此利用太阳能催化裂解水从而获得氢气的方法成为了研究的热点。

cds作为一种常见的直接带隙半导体，其禁带宽度为2.4ev，对太阳光具有高的响应范围，并且其导带电位低于产氢还原电位，因此cds已被作为一种优异的光催化产氢催化剂进行了研究。目前常见的cds制备工艺有沉淀法，水热法，该制备工艺所制备的cds通常结晶性较差，在生产过程中易造产生h2s，造成环境污染等问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温熔盐法制备cds的方法及制得的cds在光催化领域的应用，以解决现有制备方法制得的cds结晶性差以及反应过程中产生的h2s造成环境污染的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种低温熔盐法制备cds的方法，以naoh和尿素为熔盐，将镉源和硫源与熔盐混合，在100℃-300℃下反应5h-72h，制得cds。

优选地，镉源为乙酸镉、氯化镉或硝酸镉。

优选地，硫源为l-半胱氨酸、硫化钠、硫代乙酰胺或硫脲。

优选地，镉源、硫源的摩尔比为1：(0.5～6)。

优选地，naoh和尿素的质量比为0.5:3。

6、根据权利要求1～5中任意一项所述的低温熔盐法制备cds的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将尿素、氢氧化钠、镉源和硫源混合体系研磨均匀，得到前驱体；

2)将前驱体加入反应釜中反应，待反应结束后，将所得反应液洗涤至ph值为7.0-7.2，之后将反应液进行抽滤、真空干燥，制得cds。

优选地，步骤2)中，真空干燥的温度为60℃，干燥时间为5h。

本发明还公开了采用上述的制备方法制得的cds，cds为颗粒状。cds在4h光催化产氢反应中产氢量为8.21mol﹒g^-1。

本发明还公开了上述的cds作为光催化产氢催化剂的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的低温熔盐法制备cds的方法，将镉源、硫源与naoh、尿素熔盐混合后在100℃-300℃下反应5h-72h，制得了结晶性较好的六方相cds。采用尿素和naoh作为熔盐，再通过调控尿素和naoh的比例可以得到溶点在100-200℃的熔盐体系，从而可以确保反应在较低温度下进行。本方法制备工艺中含大量的naoh可以有效的吸收反应过程中所产生的h2s气体，(l-半胱氨酸、硫化钠、硫代乙酰胺或硫脲等在加热至100℃以上均会少量分解从而产生h2s气体)避免了环境污染。与现有的水热法制备的cds相比，低温熔盐法制备cds工艺流程简单，合成温度低，时间短，能耗小，产量大，盐类可回收利用，对环境不会造成污染；而且在合成过程中，不需要任何模板、表面活性剂、有机溶剂和高温处理作为辅助，具有很好的工业化前景。

进一步地，镉源和硫源的比例会对制备cds的结构产生影响，本发明为了得到纯相的cds，对二者的比例进行了充分研究，选择镉源、硫源的摩尔比为1：(0.5～6)，能够保证反应得到纯相的cds。

进一步地，naoh和尿素的比例会影响所形成熔盐的熔点，通过改变熔盐比例，形成具有不同熔盐体系，为保证制得的cds的效果满足需求，本发明选择naoh和尿素的质量比为0.5:3。

采用本发明方法制备的cds为高纯六方相结构，cds在4h光催化产氢反应中产氢量为8.21mol﹒g^-1，因此可以将cds作为光催化产氢催化剂，拓展其应用。

附图说明

图1是本发明实施例3所制备cds的xrd图；

图2是本发明实施例3所制备cds的sem图；

图3是本发明实施例3所制备cds的光催化产氢性能图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)分别称取10g的尿素和30g的naoh混合均匀，将一定量氯化镉、硫化钠以1：1的摩尔比加入到尿素和氢氧化钠的混合物中，将其用研钵研磨均匀。

2)将混合物加入高压反应釜中，反应温度为300℃，反应时间为72h；

3)待反应结束后，将所得混合物水洗直至ph值达到7.0，之后将所得样品抽滤，并在真空干燥箱中60℃烘干5h，即得到cds样品。

实施例2

1)分别称取10g的尿素和20g氢氧化钠混合均匀，将一定量的硝酸镉、l-半胱氨酸以1：3的摩尔比加入到尿素和氢氧化钠的混合物中，将其用研钵研磨均匀。

2)将混合物加入高压反应釜中，反应温度为200℃，反应时间为5h；

3)待反应结束后，将所得混合物水洗直至ph值达到7.1，之后将所得样品抽滤，并在真空干燥箱中60℃烘干5h，即得到cds样品。

实施例3

1)分别称取10g的尿素和5g的氢氧化钠混合均匀，将分析纯的乙酸镉、硫代乙酰胺以1：5的摩尔比加入到尿素和氢氧化钠的混合物中，将其用研钵研磨均匀。

2)将混合物加入高压反应釜中，反应温度为150℃，反应时间为12h；

3)待反应结束后，将所得混合物水洗直至ph值达到7.0，之后将所得样品抽滤，并在真空干燥箱中60℃烘干5h，即得到cds样品。

实施例4

1)分别称取10g的尿素和10g氢氧化钠混合均匀，将分析纯的氯化镉、l-半胱氨酸以1：6的摩尔比加入到尿素和氢氧化钠的混合物中，将其用研钵研磨均匀。

2)将混合物加入高压斧反应釜中，反应温度为100℃，反应时间为72h；

3)待反应结束后，将所得混合物水洗直至ph值达到7.2，之后将所得样品抽滤，并在真空干燥箱中60℃烘干5h，即得到cds样品。

图1是本发明按实施例3所制备cds的xrd图，从图中可以看出为产物结晶性较好的纯相cds。

图2为本发明按实施例3所制备cds样品的sem图，从图中可以看到所制备cds为颗粒状的。

本申请中光催化产氢具体测试方法为：采用50w波长为460nm的led灯作为光源，将0.35m的na2so3和0.25m的nas作为牺牲剂，将10mg制备的cds分散在100ml水中采用电磁搅拌使样品处于搅拌状态，采用恒温水浴使反应器温度保持在5℃，光解水产氢是在闭式系统中进行，产物每1h采用气相色谱自动检测一次。气相色谱采用的是福立公司的9790ⅱ型号色谱。

测试结果参见图3，为实施例3所制备cds样品的光催化产氢图，由图可知采用本发明的低温熔盐法＝所制备样品在4h光催化产氢反应中产氢量为8.210mol﹒g^-1，而将5mmol乙酸镉和10mmol硫代乙酰胺溶解于50ml去离子水中采用常规的水热法在150℃反应24h所得cds在光催化反应4h后的产氢量仅为4.012mol﹒g^-1，具体产氢量如下表1所示，表明采用本发明的制备工艺所制备的cds具有较好的光催化产氢性能。

表1不同方法制备cds的光催化产氢性能对比表

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

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