[发明专利]一种硫化锡材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术、污染物监测与光催化降解技术，具体是一种形貌可控的硫化锡（SnS）材料的制备方法及应用。

背景技术

光催化材料具有光分解水制氢和光降解有机污染物两大功能，因此在解决能源和环境问题方面有着重要的应用前景。随着社会经济的飞速发展，来自工农业生产中产生的各种毒害有机污染物严重威胁着环境和人类的健康。因此，寻求一种新型高效的环境治理技术具有重要的意义。光催化技术因其节能、高效、污染物降解彻底、无二次污染等特点，因而成为未来高新技术的新希望。南京大学邹志刚教授认为，发展可见光响应光催化材料是实现高效太阳能转换的最重要途径之一。在此背景下, 人们对开发可见光响应型光催化材料表现出了浓厚的兴趣。

1976年和1977年，Carey和Frank等人分别利用TiO₂悬浮液，在紫外辐射下成功降解多氯联苯和氰化物，开启了光催化降解水中污染物的新纪元。虽然TiO₂对绝大多数光化学反应具有很高的催化活性，拥有优异的化学及光化学稳定性。但因其较大的能带宽度值（Eg≈3.2ev，Eg = 1240/λ），只对紫外光有吸收（紫外光只占太阳光的5%），光利用率低，兼具有e^-和h⁺的复合速度快、量子效率低等缺点，在一定程度上限制了其工业化应用。硫化锡由于具有较窄的能带宽度，原料无毒、丰富，能对可见光响应，化学及热稳定性好的特点而备受关注，现已成为光催化剂材料研究的热点之一。SnS是能带宽度为1.0~2.3eV的半导体材料，由于近红外吸收及独特的结构，在太阳能电池、探测器、锂离子电池、超级电容器上也有应用。SnS中Sn含量的不同，可能使得SnS是p型或是n型半导体，这一特点更扩大了其在光催化领域的应用范围。

2013年，Biacchi等人合成了形貌可控的伪四方SnS纳米晶体：纳米立方体、球形多面体、纳米片。合成方法的不同，导致合成的SnS纳米材料的形貌不一，因此对降解底物MB的降解催化效果也不同。结果表明，纳米立方体对MB的降解速率是球形多面体的两倍，并且二者对MB的降解速率均高于纳米片。对于纳米立方体，011平面对MB的降解催化活性比010、001平面的更高。同年，Patra等人采用不同的溶剂在5s反应时间内合成了SnS纳米立方体和纳米四面体，并比较这两种形貌的SnS降解MB的光催化性能。结果表明，两种形貌的SnS均对MB有降解作用，但SnS四面体的130面比SnS立方体的101、040面的催化效果更好，分析原因可能是因为表面能的影响，从而影响降解过程载流子的迁移。本文采用溶剂热法合成了形貌可控的SnS材料，并研究了其光催化降解MO、Rh B、MB等有机污染物的催化性能。而关于这种方法制备的SnS光催化材料用于光催化降解有机废水方面的研究还未见报道。已报道的关于硫化锡材料的制备方法中，有离子液体援助法，声波降解法等，溶剂热法相对其而言，具有反应条件温和、方法简单、成本较低等优点。

发明内容

本发明的目的在于合成形貌和晶粒大小可控的SnS材料，解决目前SnS在光催化等方面研究的不足和缺陷，锡是一种重要的有色金属，通过深加工提升材料的附加值，对国家经济建设具有显著的意义；目前工业生产中应用到的探测器材料、电池电极材料等，可通过形貌和晶粒大小可控的纯SnS改性得到。

本发明一种形貌可控的硫化锡（SnS）材料的制备方法具体步骤如下：

（1）将SnCl₂·2H₂O、硫源、表面活性剂分别溶解于溶剂中，超声至完全溶解；

（2）将步骤（1）中的SnCl₂·2H₂O溶液、硫源溶液、表面活性剂溶液依次滴加入到反应釜中，磁力搅拌10~20min后，将水热反应釜温度设置在80~200℃，反应3~24h，其中S^2-与Sn²⁺的摩尔比为1~4︰1，表面活性剂与SnCl₂·2H₂O的质量比为0.5~3；

（3）将步骤（2）中获得沉淀取出后用去离子水和乙醇分别洗涤3~5次，将获得的产物在40~50℃下干燥7-12h，即得形貌可控的SnS材料。

所述硫源为Na₂S•9H₂O、硫代乙酰胺、硫代乙醇酸、硫脲、硫代硫酸钠、硫化胺中的一种。

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠中的一种。