[发明专利]一种纳米金属硫化物复合半导体光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合半导体材料技术领域，具体涉及一种纳米金属硫化物复合半导体光催化材料的制备方法。 

背景技术

金属硫化物半导体纳米材料(ZnS、CdS)具有优良的光电性质，在太阳能电池、光催化以及传感器件等领域具有潜在的应用优势，因而受到广泛关注。近年来的研究表明，复合半导体(主要是二元半导体)表现出高于单一半导体的光电性质，有些还可使激发光波长扩展到可见光范围，因而纳米复合半导体材料的合成方法、性能协同优化成为当前半导体材料研究的热点。 

目前可以制备ZnS/CdS复合半导体纳米材料的方法很多，如水热法、微乳液法、原位法等，每种制备方法都有各自的优缺点。水热法(Tong Ren，Zhibin Lei，Guoyou Luan，Guoqing Jia，Jing Zhang，Rui Yu，Can Li，Thin Solid Films.2006，513，99-102)可制得晶粒尺寸可调的复合硫化物，但是无法实现粒子的均匀分散。微乳液法(Alexandre R.Loukanov，Ceco D.Dushkin，Karolina I.Papazova，Andrey V.Kirov，Miroslav V.Abrashev，Eiki Adachi，Colloids and Surfaces A：Physicochem.Eng.Aspects.2004，245，9-14)可制备粒径小且分布窄的纳米复合半导体材料，但所制备的纳米粒子在油相体系中易发生团聚。原位法(Aparna Deshpande，PallaviShah，R.S.Gholap，Narendra M.Gupta，Journal of Colloid and InterfaceScience.2009，333，263-268)可得到组成可调的纳米复合材料，但所用的基底多为有机聚合物，分散的均匀性受到限制。因此如何获得性能稳定、均匀分散、粒径分布窄、组成可控的复合半导体纳米材料成为复合半导体光催化材料的一个重要研究方向。 

水滑石(层状双金属复合氢氧化物Layered Double Hydroxides，简写为LDHs)是一种新型多功能层状材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，且LDHs层板金属离子的组成及摩尔比可调变，层间阴离子具有可交换性。因此将其作为前体制备纳米复合半导体材料，可实现粒子的均匀分散。通过调控层板元素和层间阴离子，可实现调变层板化学组成及反应环境的目的，为制备高效、组成可调的纳米复合半导体光催化材料提供了可行途径。 

发明内容

本发明目的在于提供一种纳米金属硫化物复合半导体光催化材料的制备方法，利用水滑石(LDHs)的层板金属离子可调变性和层间阴离子可交换性，将半导体先驱金属元素以氢氧化物的形式引入LDHs层板，根据该金属元素更易形成稳定的硫化物的性质采用气固相反应在LDHs层板上原位合成金属硫化物半导体纳米粒子，进而实现半导体在LDHs层板上的均匀分散；通过调变层板金属的配比，制备得到粒径、组成、带隙均 可调控的复合半导体纳米光催化材料。 

本发明的金属硫化物复合半导体纳米光催化材料的组成为：以层板中含Zn、Cd元素的LDHs为前体，向水滑石粉体中通入足量H₂S气体，经气固反应得到均匀分散的纳米金属硫化物复合半导体光催化材料。 

本发明的纳米复合半导体光催化材料的制备步骤如下： 

a配置可溶性二价金属硝酸盐、三价金属硝酸盐、以及磺酸盐的混合溶液，其中二价、三价金属阳离子摩尔比为M²⁺/M³⁺＝2～4，配制浓度为0.5～4.0mol/L的NaOH或KOH碱溶液； 

b将步骤a配制的碱溶液滴加到步骤a配制的混合盐溶液中，至pH为6～10，在室温条件下晶化2～24h，产物用去CO₂水充分洗涤、离心，真空室温干燥，得到磺酸盐插层的LDHs； 

c将步骤b制得的磺酸盐插层的LDHs置于反应装置中，在60℃～150℃下，通入H₂S气体10～200min，产物在N₂气氛中保留1～12h，得到纳米金属硫化物复合半导体材料。