[发明专利]一种硫化锌-硫化镉双层多孔纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硫化锌‑硫化镉双层多孔纳米管复合材料及其制备方法和应用，通过简便的水热反应技术，以氧化锌纳米棒为模板，经过部分硫化、镉离子交换、再进一步部分硫化、去模板等一系列过程，制备了具有高稳定性、高光解水制氢活性的硫化锌‑硫化镉双层多孔纳米管复合纳米材料。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料技术领域，特别是涉及一种硫化锌-硫化镉双层多孔纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着能源危机的爆发,开发新能源是现今社会亟需解决的问题。利用太阳光，在催化剂作用下进行光解水产氢，对于缓解当今社会面临的能源短缺和环境污染问题有着非常重要的研究价值和应用前景。自从1972年日本学者Fujishima和Honda发现了TiO₂电极上光解水现象后，人们开始投入大量精力研究各种半导体催化剂的光解水制氢性能。硫化镉(CdS)由于其合适的导带和价带位置以及适合的带隙，被认为是最有应用前景的光解水制氢催化剂之一。然而，由于通常意义上的块体CdS活性较低，且光生电子和空穴难以得到有效的分离和转移，使得它在应用方面受到很大限制。因此，发展有效的、低能耗的方法来合成高稳定性、高活性的CdS光催化剂仍然是一个很大的挑战。

通过构筑异质结构可以有效的提高半导体光催化剂的性能和稳定性。对于异质催化剂，电荷分离和表面反应是实现光转化效率的关键性因素。中空多孔材料具有更多的反应活性位点，可以有效提高半导体的光解水制氢性能。因此，发展新型的方法来制备高稳定性、高活性的用于光催化产氢CdS基多孔纳米管复合光催化剂显得尤为重要。

本发明通过与硫化锌复合来提高CdS的光催化制氢活性，利用一种简便的水热反应技术，以氧化锌纳米棒为模板，经过部分硫化、镉离子交换、再进一步部分硫化、去模板等一系列过程，制备了具有高稳定性、高光解水制氢活性的硫化锌-硫化镉双层多孔纳米管复合纳米材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种硫化锌-硫化镉双层多孔纳米管复合材料及其制备方法和应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的硫化锌-硫化镉双层多孔纳米管复合材料，包括外壁和形成于外壁内的空腔，所述外壁包括硫化锌内层和硫化镉外层，所述复合材料的长度为1.5-3微米(附图1)，直径为80-120纳米(附图2)，所述硫化锌内层的厚度为7-9纳米，所述硫化镉外层的厚度为10-15纳米(附图3)，所述管壁内具有介孔结构，孔径为7-9纳米，空腔为微孔，孔径为85-95纳米(附图4)。

优选的，所述外层硫化镉的摩尔数与内层硫化锌的摩尔数之比为(6-8):1。

优选的，所述硫化锌-硫化镉双层多孔纳米管复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1，称取氧化锌纳米棒加入去离子水，分散均匀后再加入硫化钠，其中硫化钠与氧化锌纳米棒的质量比为9:(19-21)，分散均匀，于50-80℃反应3-7h，离心得到白色产物硫化锌包覆的氧化锌纳米棒；

步骤2，将步骤1得到的硫化锌包覆的氧化锌纳米棒分散在去离子水中，加入硝酸镉，其中硝酸镉与所述白色产物的质量比为(2-3):1，置于水热反应釜中，于120-180℃反应6-15h，离心收集得到黄色产物硫化镉包覆的氧化锌纳米棒；

步骤3，将步骤2所制得的硫化镉包覆的氧化锌纳米棒分散在去离子水中，分散均匀后加入硫化钠，其中硫化钠与所述黄色产物的质量比为(3-5):500，于50-80℃反应10-15h，离心干燥得到黄色沉淀硫化锌-硫化镉包覆的氧化锌纳米棒；

步骤4，将步骤3所制得的硫化锌-硫化镉包覆的氧化锌纳米棒分散在氢氧化钠溶液中，搅拌反应1-3小时后，离心洗涤干燥得到最终产物硫化锌-硫化镉双层多孔纳米管复合材料。