一种以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的制备方法，包括步骤：碳纳米管的预处理和硫化镉量子点/碳纳米管复合光催化剂的制备。本发明的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂为绿色环保高性能催化剂，无污染，催化效率高，具有一定的应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备及应用技术领域，涉及一种以聚乙烯吡咯烷酮为 分散剂的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的制备方法。

背景技术

CdS量子点作为一种典型的半导体材料，在光催化中表现出高效率的催化活 性，并且可以通过改变颗粒大小及表面性质从而对能带结构进行调控，因此在 光催化产氢中有十分广阔的应用前景。作为一种重要的半导体，硫化镉(CdS) 具有较大的禁带宽度(2.42eV)，近年来被广泛研究。CdS量子点因其优异的光 学性能，在光电转换、发光二极管和光催化降解有机污染物等多个领域展现出 广阔的应用潜力。然而由于CdS量子点极小的粒径(1～10nm)和较大的表面 能，使其极不稳定，易于发生团聚，因此通过简单的一锅合成法来制备出具有 良好分散性的CdS量子点仍然是一个挑战。在之前的研究中，通常利用表面活 性剂和高分子作为稳定剂来合成CdS量子点。然而这些具有一定潜在毒性的稳 定剂的引入和复杂的合成方法，严重影响了其实际应用。因此需建立一种简易 的方法来合成具有良好稳定性的CdS量子点。

此外，自从碳纳米管被发现以来，其合成、纯化和生成机理及应用等研究 受到众多国内外学者的广泛关注。碳纳米管独特的一维管状分子结构和优异的 电学、力学和化学性能使它成为纳米科学领域广泛研究的材料之一。为了拓宽 和优化碳纳米管的应用，人们致力于碳纳米管基复合材料的制备及其性质研究。 碳纳米管非常适合作为“催化剂载体”，人们通常将活性组份负载到碳纳米管上, 制备得到碳纳米管负载催化剂，并用于各种反应。近年来对碳纳米管作为催化 新材料的探索性研究，清楚地显示出其作为催化剂载体的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种以聚乙烯吡 咯烷酮为分散剂的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种以聚乙烯吡咯烷酮 为分散剂的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)碳纳米管的预处理：碳纳米管中加入浓硝酸，115～125℃回流加热搅 拌8.5～9.5h，冷却，水洗至中性，抽滤烘干；

(2)硫化镉量子点/碳纳米管复合光催化剂的制备：将步骤(1)中经预处 理的碳纳米管、含镉化合物、含硫化合物、聚乙烯吡咯烷酮和溶剂加入反应容 器中，超声搅拌0.5～1.5h，将反应容器中的溶液转至水热反应釜中，80～120℃ 反应20～24h，冷却，抽滤，先后用乙醇和水洗涤，烘干后即得产品。

进一步地，步骤(1)中碳纳米管为多壁碳纳米管，硝酸的浓度为50～70wt％。

进一步地，步骤(2)中含镉化合物为乙酸镉或氯化镉，含硫化合物为硫代 乙酰胺或硫化钠，溶剂为乙二醇或乙醇或甲醇。

进一步地，步骤(2)中含镉化合物为碳纳米管质量的30～50％，含硫化合 物为含镉化合物质量的40～50％，聚乙烯吡咯烷酮为含镉化合物质量的50～ 100％。

本发明的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备 的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂为绿色环保高性能催化剂，无污染，催化效 率高，具有一定的应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1制备得到的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的扫描 电镜图；

图2是本发明实施例1制备得到的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的透射 电镜图；

图3是本发明实施例1制备得到的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的X射 线衍射图；

图4是本发明实施例1制备得到的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂光降解 孔雀绿的紫外可见吸收光谱随光照时间变化图。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明 而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

(1)碳纳米管的预处理

将多壁碳纳米管，置于三口烧瓶中，加入100ml浓度为65％的浓硝酸，115℃ 回流加热搅拌8.5h，冷却后，水洗至中性，抽滤烘干待用。

(2)硫化镉量子点/碳纳米管复合光催化剂的制备

将(1)所制备的多壁碳纳米管0.1g置于100ml的烧杯中，加入65ml的乙 二醇，称取0.0302g乙酸镉、0.0151g硫代乙酰胺和0.0301g聚乙烯吡咯烷酮加 入到烧杯中，超声搅拌1.5h，结束后将上述溶液转至200ml的水热反应釜中， 120℃反应24h，冷却后，抽滤，先后用乙醇和水洗涤，烘干后即得产品。

实施例2

(1)碳纳米管的预处理

将多壁碳纳米管，置于三口烧瓶中，加入150ml浓度为65％的浓硝酸，125℃ 回流加热搅拌9.5h，冷却后，水洗至中性，抽滤烘干待用。

(2)硫化镉量子点/碳纳米管复合光催化剂的制备

将(1)所制备的多壁碳纳米管0.1g置于100ml的烧杯中，加入75ml的乙 二醇，称取0.05g乙酸镉、0.02g硫代乙酰胺和0.025g聚乙烯吡咯烷酮加入到 烧杯中，超声搅拌1h，结束后将上述溶液转至200ml的水热反应釜中，80℃反 应20h，冷却后，抽滤，先后用乙醇和水洗涤，烘干后即得产品。

硫化镉量子点/碳纳米管复合光催化剂的性能测定

采用日本JSM-6360A型扫描电子显微镜观察实施例1制备的硫化镉量子点/ 碳纳米管光催化剂的形貌，扫描电镜图如图1所示，从图可以看出，本实施方 式制备的硫化镉量子点/碳纳米管催化剂的形貌为管状且表面分布了大量的尺 寸均匀的颗粒。

实施例1所制备的硫化镉量子点/碳纳米管催化剂利用日本JEOL JEM-2100 透射电子显微镜来观察颗粒尺寸大小，透射电镜图如图2所示，从图可以看出 硫化镉量子点尺寸大小约为5～7nm左右，由图可知硫化镉的晶格间距大约为 0.336nm，对应了硫化镉的(111)平面。

实施例1所制备的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的晶相结构由日本理学 D/max2500PC自转X-射线衍射仪分析，其中，X射线为Cu靶Kα电压40kV，电流100mA，步长为0.02°，扫描范围5°～80°。X射线衍射图谱 如图3所示，由图可知，制备的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂为立方闪锌矿 结构，且具有较高的结晶度。

硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的光催化性能以及潜在应用性研究

将实施例1中制备的镉量子点/碳纳米管作为光催化剂降解孔雀绿溶液，其 中孔雀绿溶液浓度15mg/L，取硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂30mg，先暗反 应30min达到吸附解吸平衡，再进行可见光催化反应，使用1000w氙灯作为光 源，每隔一定时间用滴管抽取5ml反应液，放入高速离心机中离心4分钟，孔 雀绿的光降解情况利用紫外可见分光光度计检测。

实施例1所制备的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂对孔雀绿的降解性能如 图4所示。由图4可见，在140分钟内孔雀绿几乎完全降解，可见以聚乙烯吡 咯烷酮为分散剂制备的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂具有较高的光催化活 性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作 人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。 本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围 来确定其技术性范围。