一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备Cd/S核壳纳米结构的方法

本发明涉及一种激光液相烧蚀制备CdS/C复合纳米材料的制备方法，该方法为将激光器发出的激光经反射照射在CdS靶材上，所用靶材置于异丙醇石墨烯量子点溶液中。所使用的靶材为陶瓷靶，所使用的激光器为YAG调Q激光器，所使用的石墨烯量子点为发红光石墨烯量子点。该制备方法工艺操作简单易行，制备周期短，在制备过程中不引入杂质。制备出的CdS/C复合纳米材料有着较好的光催化降解性能。

技术领域
本发明属于材料制备领域。
背景技术
化石燃料的广泛使用导致了严重的能源危机和环境污染，成为21世纪世界面临的两大挑战。在当今可用的各种技术中，基于利用可再生太阳能的异质半导体的光催化已被认为是解决能源和环境问题的最有前途的策略之一，并因此在近几十年得到了很多关注。作为可见光驱动的光催化剂的天然备选材料，硫化镉(CdS)在室温下具有2.4eV的直接窄带隙，可以更有效地吸收可见光。此外，CdS半导体的能带位置完全满足许多主流光催化反应的热力学要求，如水分解。作为碳族的后起之秀，石墨烯也为通过与其他半导体耦合构建高效光催化剂提供了一个激动人心的机会。重要的是，通过时间分辨荧光光谱观察到了皮秒级的光激发电子从CdS到石墨烯片的超快速转移，表明石墨烯作为电子受体和转运体可以显着降低光激发电子和空穴的复合速率CdS光催化剂。到目前为止，制备CdS/C复合材料的主要手段依然是采用化学合成的方法。使用常规的化学合成方法合成无机胶体纳米粒子的手段是基于前体反应或配体交换的，所以纳米产品溶液的不可避免的受到前体或中间产物的污染负面影响，从而导致聚集，分析化学背景噪声，甚至毒性，在这方面，液相激光烧蚀这项技术符合“绿色化学”，并且该技术可以消除化学配体的颗粒表面阻塞效应或还原剂的残留物。与空气中的激光合成和处理可能会危害研究人员的健康相比，液体是一种相对安全的激光合成和加工介质，并且具有限制产生的纳米粒子的优势。与脉冲激光沉积通过真空技术在其中形成薄膜或纳米结构并固定在基底上相比，液体加工有利于纳米粒子转移到不同的基底，并且只需要简单的处理装置。鉴于目前对于制备CdS/C复合材料没有采用激光液相烧蚀的现状，本研究采用激光液相烧蚀的方式来快速制备纯净的CdS/C核-壳纳米复合光催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备简单，快速，制备过程中不引入杂质的CdS/C纳米复合材料的制备方法。1.本发明的目的是通过以下技术手段实现的：1)将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；2)将一定量石墨烯量子点和异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；3)将干燥后的CdS放置与装有石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量300-600mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，烧蚀一定时间，得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。2.以上所述采用激光液相烧蚀制备异丙醇中的CdS/C纳米结构的方法，其特征在于CdS靶材经过了超声清洗，并进行了干燥处理。3.以上所述采用激光液相烧蚀制备异丙醇中的CdS/C纳米结构的方法，其特征在于石墨烯量子点异丙醇溶液的浓度为0.1-0.4g/L。4.以上所述采用激光液相烧蚀制备异丙醇中的CdS/C纳米结构的方法，其特征在于平台放置于冰水浴中。5.以上所述采用激光液相烧蚀制备异丙醇中的CdS/C纳米结构的方法，其特征在于使用的激光器为用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量300-600mJ，重复频率30Hz。6.以上所述采用激光液相烧蚀制备异丙醇中的CdS/C纳米结构的方法，其特征在于烧蚀的方式为烧蚀1分钟，静置1分钟，烧蚀1分钟的间隔烧蚀方式且烧蚀总时长为3-9分钟。本发明由于采用以上技术方案，有以下优点：1.激光液相烧蚀法制备异丙醇中的CdS/C纳米结构其工艺操作简单易行，制备周期短，在制备过程中不引入杂质。2.制备出的CdS/C纳米结构具有着较好的催化性质。附图说明：图1为本发明的使用的烧蚀装置示意图1YAG激光 2反射镜 3支架 4聚焦凸透镜5 500ml大烧杯 6石英玻璃 7 80ml小烧杯 8冰水混合物9石墨烯异丙醇溶液 10 CdS靶材 11陶瓷平台 12支架平台图2是CdS/C纳米结构的透射电子显微图像图3是实施例制备的CdS/C纳米结构的光催化甲基橙的表征图。图4是实施例制备的CdS/C纳米结构的光催化甲基橙的表征图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐述；实施例1：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将10mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量400mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图2是采用高分辨透射电子显微镜照射的处于铜网上的CdS/C核壳纳米结构的透射电子显微镜图像。从图中可以明显看出该产物成核壳结构，核为CdS，直径15nm，壳层为C结构，厚度为2nm。图3中“0.1g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有一定程度的催化作用。实施例2：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将20mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量400mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图3中“0.2g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有较好的催化作用。实施例3：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将30mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量400mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图3中“0.3g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有很好的催化作用。实施例4：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将40mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量400mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图3中“0.4g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有较好的催化作用。实施例5：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将10mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量300mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图4中“0.1g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有较好的催化作用。实施例6：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将20mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量300mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图4中“0.2g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有较好的催化作用。实施例7：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将30mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量300mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图4中“0.3g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有较好的催化作用。实施例8：将CdS陶瓷靶在异丙醇和去离子水中超声清洗，之后进行干燥处理；将40mg石墨烯量子点和100ml异丙醇溶液混合，超声处理后制得石墨烯量子点异丙醇溶液；将干燥后的CdS放置与装有18ml石墨烯量子点异丙醇溶液烧杯底部，将烧杯置于陶瓷平台上，平台置于冰水浴环境中，平台固定不动，实验中采用的烧蚀装置如图1所示；用波长为1064nm的YAG调Q激光，单脉冲能量300mJ，重复频率30Hz；经反射后照射在CdS靶材上，先烧蚀1分钟，然后静置1分钟之后再烧蚀1分钟，最后得到异丙醇中的CdS/C纳米结构。之后加入2ml0.01g/L的甲基橙异丙醇溶液，超声混合，然后避光静置30分钟，将其置于氙灯之下，氙灯高度为15cm，之后每隔10分钟进行一次光吸收谱线测量以确定催化的程度。图4中“0.4g/L”线为CdS/C对甲基橙的催化效果表征图，可以看到，该材料对甲基橙有较好的催化作用。以上所述仅为本发明的几类实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的基本方法和原理之中所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。