[发明专利]三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法。

背景技术

近年来，人们对纳米尺寸的半导体材料光催化氧化反应进行了大量研究，但研究中发现：在实际应用过程中由于光生电荷和空穴的转移速度慢，复合率高，导致半导体材料的光催化反应效率低。而作为一种典型的光电半导体材料，纳米硫化锌是重要的宽禁带半导体材料(Eg=3.77eV)，在过去的几十年中，硫化锌已被广泛用于光催化、光致发光、光电转换，非线性光学等方面。然而，作为一种光催化剂，硫化锌在应用上也存在光催化效率较低的问题，为了提高硫化锌的光催化效率，科研工作者作出了许多探索，如掺杂过渡金属离子；通过控制形貌来改变ZnS纳米结构的表面结构；以及两种半导体的复合来达到光生电荷和空穴的分离等等。CdS半导体的禁带较窄，而且导带能级比ZnS的高，将两种半导体复合后，由于两种半导体的禁带发生交迭，在紫外光的照射下，发生电子跃迁后，光激发产生的空穴留在CdS的价带，电子则跃迁到ZnS的导带上，从而促进了光催化剂电荷分离，提高了光催化降解活性。目前将ZnS组装到CdS上的复合材料CdS-ZnS报道较多，CdS半导体复合到ZnS上的复合材料ZnS/CdS报道较少（Journal of Luminescence112(2005)131-135；Journal of Colloid and Interface Science273(2004)160–164），而且其制备方法主要是溶胶法和共沉淀技术。但三维ZnS/CdS海胆状纳米复合材料及其制备方法未见报道。另外相关文献合成的ZnS/CdS复合材料也未见有光催化性能的报道。本发明提供了一种高效降解有机染料的三维ZnS/CdS海胆状纳米复合材料的制备方法，可应用于多种有机染料的光催化降解中，在污水处理领域具有很大的应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法，结合ZnS和CdS的优势，采用溶剂热和均匀沉淀法制备出三维ZnS/CdS海胆状纳米复合催化剂，以解决ZnS光催化效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备尺度均一的海胆状ZnS

称取Zn(CH₃COO)₂·2H₂O，在磁力搅拌下溶于盛有蒸馏水的聚四氟乙烯反应釜中，Zn(CH₃COO)₂·2H₂O和蒸馏水的质量比为1︰30～65，然后加入乙二胺，乙二胺和蒸馏水的体积比为1︰1～4，在搅拌2-5min后加入二硫化碳或硫脲，二硫化碳或硫脲和Zn(CH₃COO)₂·2H₂O的质量比为4︰1～8，待体系搅拌均匀后再加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮和Zn(CH₃COO)₂·2H₂O的质量比为1︰1～3，继续搅拌至表面活性剂完全溶解；将上述聚四氟乙烯反应釜装入不锈钢反应釜套中，拧紧釜盖，于120-180℃下反应16-24h；反应结束后，待反应体系自然冷却至室温，经离心得到白色沉淀产物，分别用乙醇和蒸馏水洗涤产物各3次，然后将产物置于60-80℃的真空干燥箱中干燥6-8h，即获得三维海胆状ZnS结构；

2)CdS纳米粒子的功能化组装