[发明专利]一种纳米花状硫化镉@硫化镍薄膜异质结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米花状硫化镉@硫化镍薄膜异质结构及其制备方法，属于新能源材料制备技术领域。所述复合结构材料主体为花状硫化镉纳米材料，其表面均匀沉积着一层β‑硫化镍薄膜，形成一种异质包覆结构。该方法采用次亚磷酸钠作还原剂、水作反应溶剂、硝酸镉为镉源、醋酸镍为镍源、硫脲为硫源，在高压反应釜中，同时实现了花状硫化镉纳米材料的合成和β‑硫化镍薄膜在其表面的生长，一步合成得到了纳米花状硫化镉@硫化镍薄膜异质结构。这种方法制备出的复合结构材料产量大、密度高、纯度高、形貌可控；而且该方法具有设备和工艺简单、合成生长条件严格可控、产品收率高、成本低廉、生产过程清洁环保等优点。所获得的材料是优异的可见光催化剂。

技术领域

本发明涉及一种纳米花状硫化镉@硫化镍薄膜异质结构及其制备方法，属于新能源材料制备技术领域。

背景技术

硫化镉(CdS)是本征n型半导体，属ⅡB-ⅥA族化合物，是一种重要的光响应半导体材料。作为一种过渡金属硫化物，由于其禁带范围较窄(约2.5eV)，能很好匹配太阳能光谱可见光区，吸收太阳光的波长范围宽，且其平带电位且负于析氢电位，故硫化镉具有优异的太阳光分解水制氢的催化性能；此外，硫化镉还具有直接跃迁型能带结构及发光色彩比较丰富等特点。所以，故硫化镉在太阳能转化、非线性光学、光电子化学电池和光催化方面具有广泛的应用。

另一方面，纳米硫化镉由于具有更大的比表面积、小尺度效应和量子尺度效应，在相关应用中具有更好的表现。量子尺寸效应能使CdS的能级发生改变，能隙变宽，吸收和发射光谱更宽；表面效应和小尺度效应会引起CdS纳米微粒表面的原子输运和构型发生变化，同时也会引起表面电子自旋构像和电子能谱的变化。纳米粒子的这些特点对其催化、光学、电学及非线性光学等性质具有重要影响，因此开发硫化镉纳米材料方兴未艾。

然而，虽然硫化镉具有强的可见光吸收能力，从理论上讲其光催化以及光电转化性能优异，但是在实际上，纯的硫化镉常常表现出较低光催化活性；导致这种现象的主要原因一是其在光催化过程中产生的电子和空穴非常容易复合，二是硫化镉在光催化过程中容易受光腐蚀。因此，合成具有高光催化活性的硫化镉材料具有重要的实用价值。

提高硫化镉材料的可见光催化能力的常用方法是将硫化镉半导体和其他导电性较好的材料，如贵金属或者过渡金属硫化物、磷化物(如硫化镍、硫化铁、磷化镍)等材料复合，使其光生电子可以通过这些导电性好的材料快速传导出去，从而降低硫化镉光生电子-空穴对的复合率，进而提高硫化镉材料在光催化和光电转化等应用方面的性能。其中，β-硫化镍因导电性好、析氢活性优异以及吸光能力强受到广泛关注。

目前，合成硫化镍-硫化镉复合材料的主要方法是溶剂热法，如水热法。其中一种是一步溶剂热合成法，该方法将合成硫化镍和硫化镉的前驱体材料直接混合进行溶剂热反应；但是，这种方法存在的问题是：所得到的硫化镍-硫化镉复合材料的形貌难于控制，且反应副产物较多，后续提纯、除杂比较困难；另一种是两步或者多步溶剂热合成法，这种方法先制备出硫化镉纳米材料(通常也是溶剂热过程)，再进一步将其与合成硫化镍的前驱体材料混合再进行溶剂热反应；但是，这种方法的制备过程复杂、冗长。此外，溶剂热合成方法得到的硫化镍-硫化镉复合材料中，硫化镍一般为多硫化镍或者α-NiS，其导电性较差，或者所合成的硫化镍与硫化镉结合力较差，因而提高硫化镉光催化性能的程度有限。总之，开发一种可以一步合成的产物形貌可控、结合紧密、分散均匀的β-硫化镍修饰的硫化镉纳米复合材料很有必要。