[发明专利]古币形中空结构SnS2/SnO2复合光催化剂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型光催化剂材料生产技术领域。

背景技术

硫化锡（SnS₂）是一种具有CdI₂型层状结构的半导体材料，其带隙值约为2.2 eV。SnS₂具有价格适中、无毒、化学和光化学稳定好、光催化活性高等特点，是一种具有工业应用前景的可见光响应型光催化剂。氧化锡（SnO₂）是一种稳定的宽带隙（带隙值约为3.6 eV）氧化物半导体，与SnS₂具有匹配的能带结构。根据半导体能带匹配理论，若SnS₂和SnO₂以适当的组成和结构相复合，不但可以提高SnS₂中光生电子和空穴的分离效率，减少二者的复合；而且能够敏化SnO₂，从而增强其可见光催化活性。因此，与单独的SnS₂和SnO₂相比，SnS₂/SnO₂复合半导体材料是一种更有发展前途的新型高效可见光催化剂。研究表明：在实际应用中，SnS₂/SnO₂复合半导体材料的光催化性能与其组成、形貌和尺寸等密切相关。其中，具有中空纳米结构的SnS₂/SnO₂复合半导体材料在用作光催化剂时具有极佳的表现。

SnS₂/SnO₂复合半导体材料的现有制备方法主要有三种。第一种是物理混合法，即将SnS₂和SnO₂两种粉末进行研磨、搅拌等物理混合。但是，物理混合法不但难以将SnS₂和SnO₂两种粉末组分混合均匀，而且不同组分的粒子间通常仅靠范德华力结合、无法形成紧密和牢固的界面；相应的，物理混合法所制的SnS₂/SnO₂复合半导体材料在使用时，其不同组分间只有在它们的粒子发生随机碰撞时才能产生瞬时界面，难以提供足够的界面来保障光生电荷的转移，使得产品的光催化性能不佳。第二种方法是先合成SnS₂，然后利用浸渍法或控制氧化SnS₂的方法制备SnS₂/SnO₂复合半导体材料；或者先合成SnO₂，然后利用浸渍法或离子交换反应法制备SnS₂/SnO₂复合半导体材料。但是，两步化学制备法不但工艺条件和步骤复杂，而且难以有效控制产品的组成与结构。第三种方法是一步原位化学合成法。但是，迄今为止，尚未见采用一步原位化学法制备古币形中空结构SnS₂/SnO₂复合半导体材料的研究报道。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种一步原位化学法制备古币形中空结构SnS₂/SnO₂复合光催化剂材料的方法。

本发明包括以下步骤：

1）将SnCl₄·5H₂O溶于醋酸水溶液中，形成四氯化锡醋酸水溶液；

2）将硫脲粉末加入四氯化锡醋酸水溶液，搅拌溶解，形成反应液；

3）将反应液放入以聚四氟乙烯为衬里的高压釜中，密封后置于≥180℃的环境温度下反应至少12小时，反应结束后，自然冷却至室温，得到沉淀物；

4）将沉淀物抽滤，用去离子水洗涤后，再在100℃的真空干燥箱中干燥3小时后，得到古币形中空结构的SnS₂/SnO₂复合光催化剂材料。

本发明的设计思路：一步原位化学合成法不但能够使两种半导体的组分混合更加均匀，而且能够使两种半导体的粒子间形成异质结结构，这样既有利于两种半导体通过异质结界面进行光生电荷的转移和分离，又能避免两种半导体粒子的自我团聚与沉降，所以一步原位化学法所制的复合光催化剂总是具有极佳的光催化性能。因此，本发明以廉价易得的结晶四氯化锡SnCl₄·5H₂O和硫脲为原料、醋酸水溶液为溶剂，采用一步水热法直接制备古币形中空结构的SnS₂/SnO₂复合材料。