Page 95 - 《精细化工》2021年第11期
P. 95

第 11 期                    唐忠家，等: Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 复合材料光催化降解甲基橙                     ·2241·


            可见光下这一异质结的产氢速率高于 MoO 3 或 CdS，                      1.2  Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 复合材料的制备
            并对罗丹明 B（RhB）显示出较高的降解效果；唐                               将 2.0 g（0.16 mmol）(NH 4 ) 2 Mo 2 O 7 •4H 2 O 加入
                [9]
            飞等 将制备的 MoO 3 与 V C 超声混合后，60  ℃加                   氧化铝坩埚中，然后置于马弗炉中于 550  ℃煅烧 4 h
            热搅拌 4 h，V C 一步还原得到表面氧空位可控的                         得到 MoO 3 ，待自然冷却至室温后，研磨备用                [14] 。
            MoO 3–x 。与 MoO 3 相比，MoO 3–x 具有较大的光吸收                   将 0.23 g（1.0 mmol）CdCl 2 •2.5H 2 O、0.22 g
            范围和较窄的禁带宽度，且随着 MoO 3–x 氧空位的增                       （1.0 mmol）Zn(CH 3 COO) 2•2H 2 O 和 0.15 g（2.0 mmol）
            加，其光催化活性明显增加。尽管以上 MoO 3 改性                         TAA 加入盛有 20 mL 去离子水的烧杯中，将混合溶
            方法降低了光生电子与空穴的复合率，提高了其光                             液搅拌 1 h  后，转移到水热反应釜中 160  ℃下保持
            催化性能，但 MoO 3 对可见光的响应并不理想。因                         12 h，冷却至室温过滤，沉淀物 Cd 0.5 Zn 0.5 S 用去离
            此，拓宽 MoO 3 对可见光的吸收区域，是 MoO 3 改                     子水和无水乙醇洗涤数次，70  ℃下干燥 12 h，备用               [15] 。
            性要解决的问题之一。                                             称取 1.00 g 上述制备的 MoO 3 和 0.20 g PVP 加
                 硫化锌镉（Cd 0.5 Zn 0.5 S）是 CdS 和 ZnS 的固溶          入到装有 60 mL 去离子水的烧杯中，超声 1 h，加入
            体，由于其合适的带隙（2.4 eV）而具有优异的可                          0.10 g Cd 0.5 Zn 0.5 S 继续超声 0.5 h，再搅拌 0.5 h 后倒
            见光吸收能力，此外，Cd 0.5 Zn 0.5 S 的导带（CB）边                 入反应釜中置于烘箱中 180  ℃水热处理 20 h，冷却
            缘电势比 H 2 O/H 2 的还原电势更负，因此，被认为是                     后过滤，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，60  ℃干
            有前景的光催化剂         [11] 。但 Cd 0.5 Zn 0.5 S 在光催化过程    燥 12 h [14] ，得到 Cd 0.5Zn 0.5S 含量（以 MoO 3 质量计，
            中也存在光生载流子的复合快、光腐蚀等缺点，可                             下同）为 10%的 Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 复合材料，记为
            通过掺杂金属元素或与其他半导体材料复合来提高                             10% Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 。
            其光催化活性       [11-13] 。                                 其余 Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 复合材料的制备方法同
                 本文拟用煅 烧法、水热 法制备的 MoO 3 、                      上，保持其他条件不变，只需改变 Cd 0.5 Zn 0.5 S 质量，
            Cd 0.5 Zn 0.5 S 为原料，在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的存                将制得的 Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 复合材料分别记为 4%
            在下采用一锅水热法得到有氧空位的 MoO 3–x ，其                        Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 、 7% Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 、 13%
            中，PVP 既可以还原 MoO 3 表面，又具有粘合作用，                      Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 。此外 ，在反应体 系中不加入

            将 Cd 0.5 Zn 0.5 S 与 MoO 3 复合来制备 Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3  Cd 0.5 Zn 0.5 S 或 MoO 3 ，制备了 PVP 存在下水热处理
            复合材料，期望该复合材料既能提高 MoO 3 对可见                         的 MoO 3 *、Cd 0.5 Zn 0.5 S*。
            光的响应，又能解决两种半导体材料光生电子-空穴                            1.3    光催化实验
            对复合率高的缺点，使其在可见光区具有较高的光                                 将 20 mg Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 复合材料、不同方法
            催化性能。                                              制备的 MoO 3 或 Cd 0.5 Zn 0.5 S 加入到 30 mL 质量浓度
                                                               为 10 mg/L 的染料溶液中，避光振荡 30 min 后，以
            1    实验部分                                          300 W 氙灯模拟太阳光距离待测反应溶液 30 cm  照

                                                                                   2
                                                               射（辐照度：735 W/m ）。用紫外-可见分光光度计
            1.1    试剂与仪器
                                                               测定不同光照时间的染料溶液质量浓度，按式（1）
                 (NH 4 ) 2 Mo 2 O 7 •4H 2 O 、 Zn(CH 3 COO) 2 •2H 2 O 、
                                                               计算降解率或吸附率（D，%）：
            CdCl 2 •2.5H 2 O 和硫代乙酰胺（CH 3 CSNH 2 ，TAA），
                                                                            D/%=[( 0 – e )/ 0 ]×100   （1）
            AR，国药集团化学试剂有限公司；PVP（相对分子
                       3
                               5
            质量 5.0×10 ~7.0×10 ）、甲基橙（MO）、亚甲基蓝                   式中： 0 、 e 分别为染料的起始及光照一定时间的
                                                               平衡质量浓度，mg/L。
            （MB）、孔雀石绿（MG）、酸性品红（AF）、RhB
            及结晶紫（CV），AR，北京化学试剂厂；去离子水
                                                               2    结果与讨论
            实验室自制。
                 D/Max-2400 型 X 射线衍射仪，日本理学公司；                  2.1    材料表征
            Thermo Scientific K-Alpha X 射线光电子能谱仪，美             2.1.1  XRD 分析
            国 Thermo Fisher 公司；JSM-3500 型热场发射扫描                    MoO 3 、Cd 0.5 Zn 0.5 S 及 10% Cd 0.5 Zn 0.5 S/MoO 3 复
            电子显微镜，日本电子株式会社；8453 型紫外-可见                         合材料的 XRD 谱图见图 1。由图 1 可知，MoO 3 位
            分光光度计，美国安捷伦有限公司；UV-2450 型紫                         于 2θ=12.78°、23.39°、25.64°、27.41°、33.09°、39.00°、
            外-可见分光光度计（DRS）、RF-540 型荧光分光光                       45.77°、49.20°、58.95°处的衍射峰分别归属于正交
            度计（PL），日本岛津公司。                                     相 α-MoO 3  (020)、(110)、(040)、(021)、(111)、(060)、
   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100