本发明属于半导体光催化材料，涉及一种cd-zif衍生的s型g-c3n4@cds核壳异质结制备及其光催化铀酰还原应用。
背景技术：
1、核能被认为是化石能源的最佳替代品之一，在不排放温室气体条件下可大规模提供电力，而铀资源是核能的基础。海水中有丰富的铀资源，多以铀酰离子的形式存在，开发能够将可溶性铀酰离子还原为不溶性铀的氧化物的催化材料具有重要战略意义。
2、g-c3n4是一种由碳和氮元素组成，具有类石墨层状结构的n型半导体材料。其禁带宽度约为2.7ev，主要吸收波长小于460nm的可见和紫外光。g-c3n4具有化学稳定性好、环境兼容、制备简单、价格低廉等优点，被广泛应用于光催化领域。自2009年王心晨等人发现g-c3n4可实现可见光催化分解水的性能后，g-c3n4也被许多学者用于光催化铀酰还原。cds是一种ii-vi族直接带隙n型半导体，其带隙约为2.4ev，具有优异的可见光响应能力和发光性质，在光催化、太阳能电池和发光二极管有着广泛的应用前景。但单一的半导体材料存在光生电子空穴复合率高、比表面积小和可见光利用率低等问题导致材料的催化能力较低，多数催化剂需要在催化体系中加入助催化剂或沉积贵金属来加快催化反应。这大大增加了成本，而且无法应用于实际海水提取铀领域。
3、增大比表面积和孔隙率以增加反应活性位点是提升光催化剂催化活性的有效手段。王晶晶等人制备了具有高比表面积和大孔容的介孔g-c3n4，增强了可见光下对铀(vi)的光催化还原性能。此外，构建异质结也是提升光催化效率的有效手段。张志宾等人报道了通过超声负载的方法构建了mos2/g-c3n4异质结，成功地拓宽了可见光的吸收范围，从而提高了对铀(vi)还原的光催化活性。但这种物理负载的方法通常不能在两种材料间构建紧密接触的界面，不利于光生电子空穴的分离。因此，构建紧密接触的异质结与界面工程对提升催化剂性能尤为重要。s型异质结由两种半导体材料构成，两种半导体结合后界面处形成的内建电场有利于提高电荷的分离能力，s型异质结广泛用于设计和制备高效光催化材料。而本发明通过cd-zif衍生的原位合成方法制备g-c3n4@cd-zif，引入高比表面积的框架结构后，再通过硫源转换为g-c3n4@cds核壳异质结，是有望增加比表面积、提高可见光利用率和降低光生电子空穴复合率从而提升光催化效率的有效途径。
技术实现思路
1、本发明的目的在于制备一种cd-zif衍生的s型g-c3n4@cds核壳异质结，该方法制备得到g-c3n4@cds核壳异质结具有较大的比表面积和较高的光生电子分离能力。
2、另外本发明还提供了上述cd-zif衍生的s型g-c3n4@cds核壳异质结在光催化铀酰还原和光催化降解领域的应用。
3、本发明具体通过以下技术方案实现：
4、一种cd-zif衍生的s型g-c3n4@cds核壳异质结制备及其光催化铀酰还原应用，具体包括以下步骤：
5、(1)制备g-c3n4：将一定量的尿素充分研磨，置于带盖坩埚中，放入马弗炉煅烧。煅烧程序：从室温以5℃/min的升温速率加热到550℃，在550℃下煅烧2h，加热完毕自然冷却到室温。所得产物即为g-c3n4，充分研磨备用。(2)配置cd离子和g-c3n4前驱体溶液：将镉盐、g-c3n4和有机溶剂按照比例混合，超声溶解1～3h。
6、(3)配置2-甲基咪唑前驱体溶液：将2-甲基咪唑、有机胺溶剂和有机溶剂按照比例混合，室温搅拌溶解。
7、(4)制备g-c3n4@cd-zif：将cd离子和g-c3n4前驱体溶液在室温搅拌条件下加入到2-甲基咪唑前驱体溶液中，得到g-c3n4@cd-zif。
8、(5)制备g-c3n4@cds核壳异质结：将g-c3n4@cd-zif、硫前驱体和有机溶剂按照比例混合，室温搅拌1h，置于水热釜中加热反应一定时间。
9、优选地，所述的将镉盐、g-c3n4和有机溶剂的摩尔比为1:0:100～1:30:300。
10、优选地，所述的2-甲基咪唑、有机胺溶剂和有机溶剂的摩尔比为1:0.5:10～1:2:40。
11、优选地，所述的镉盐选自cd(oac)2、cd(no3)2或cdcl2中之一种。
12、优选地，所述的硫前驱体选自硫化钠、硫化钾、硫代乙酰胺、硫化氨或硫脲中之一种。
13、优选地，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇或异丙醇中之一种。
14、优选地，所述的有机胺溶剂选自乙二胺、水合肼、三乙胺或丙二胺中之一种。
15、优选地，所述的g-c3n4@cd-zif加热温度为40～80℃，加热时间为10～48h。
16、通过本发明上述制备方法得到的s型g-c3n4@cds核壳异质结也在本发明的保护范围内。
17、本发明的另一目的是提供所述的方法制备的s型g-c3n4@cds核壳异质结光催化材料。
18、本发明还提供了上述s型g-c3n4@cds核壳异质结在光催化铀酰还原和光催化降解方面的应用。
19、本发明的有益效果为：
20、(1)本发明以具有高比表面积的cd-zif和价格相对低廉的尿素为前驱体，通过简单的合成工艺大批量制备了具有紧密接触的s型g-c3n4@cds核壳异质结光催化材料。
21、(2)通过控制反应过程中镉盐与溶剂摩尔比、镉盐与g-c3n4摩尔比、反应温度和时间可以控制cds的尺寸及g-c3n4和cds的质量比，制备工艺参数容易控制，制备方法简单、可控性强，产率高。
22、(3)本发明所得s型g-c3n4@cds核壳异质结是一种核壳结构半导体复合材料，具有大的比表面积和宽的可见光吸收，可用于光催化铀酰还原、光催化降解、光催化产氢或太阳能电池等领域。
1.一种cd-zif衍生的s型g-c3n4@cds核壳异质结制备及其光催化铀酰还原应用，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的镉盐、g-
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的2-甲基咪唑、有机胺溶剂和有机溶剂的摩尔比为1:0.5:10～1:2:40。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的硫前驱体选自硫化钠、硫化钾、硫代乙酰胺、硫化氨或硫脲中之一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的加热温度为40～80℃，加热时间为10～48h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的有机胺溶剂选自乙二胺、水合肼、三乙胺或丙二胺中之一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇或异丙醇中之一种。
8.权利要求1所述的制备方法制备得到s型g-c3n4@cds核壳异质结。
9.根据权利要求1所述的s型g-c3n4@cds核壳异质结，其特征在于，所述的核壳异质结为二维的g-c3n4包裹的空心棒状cds结构。
10.权利要求1所述的s型g-c3n4@cds核壳异质在光催化铀酰还原、光催化降解、光催化产氢或太阳能电池方面的应用。
