[发明专利]石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料及其制备方法和应用，属于半导体复合材料技术领域。该方法先制备ZnS(en)_0.5纳米片；然后将氨基化合物加入到瓷舟中，放在管式炉中升温反应，得到体相g‑C₃N₄粉末；最后将ZnS(en)_0.5纳米片和g‑C₃N₄粉末混合搅拌，在反应釜中进行水热反应，得到石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料。本发明还提供上述石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料作为光催化剂的应用。该光催化剂在可见光下可以达到5600μmol h^‑1g^‑1的产氢活性，是相同条件下ZnS的140倍，并具有良好的光催化稳定性，经过四次循环后催化效果并没有明显下降。

技术领域

本发明属于半导体复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯碳化氮(g-C₃N₄)由于具有低毒，低耗，不含金属，稳定性高，原料丰富的优势在光催化领域具有广泛的应用。与其他形貌相比，g-C₃N₄量子点(QDs)具有很多优势。例如，亲水性好，活性位点多，量子尺寸效应等。但现有的g-C₃N₄量子点的制备方法复杂，且单独的g-C₃N₄量子点容易团聚。

为了防止其团聚，可以将量子点与三维半导体复合。这不仅可以提高量子点的分散性，还可以在两种半导体界面形成异质结，从而促进载流子的分离，提高光催化活性。

三维ZnS具有低毒，低耗等优势。但带隙较高，太阳光利用率偏低。将其与g-C₃N₄量子点复合可以提高量子点的分散性，防止团聚；扩大催化剂的比表面积，增加反应活性位点。此外，g-C₃N₄量子点作为光敏剂可以拓宽ZnS对可见光的利用率。并通过提高载流子的分离和传输能力大大提高光催化活性。

然而，目前g-C₃N₄量子点的制备大多都需要强酸的刻蚀，或者长时间的超声，这不仅浪费时间，费用较高，而且产量较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的g-C₃N₄量子点容易团聚、且制备方法复杂的问题，而提供一种石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料及其制备方法和应用。

本发明首先提供一种石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料的制备方法，该方法包括：

步骤一：制备ZnS(en)_0.5纳米片；

步骤二：将氨基化合物加入到瓷舟中，放在管式炉中，氮气氛围下升温，在550～600℃加热2～4小时，得到体相g-C₃N₄粉末；

步骤三：将步骤一得到的ZnS(en)_0.5纳米片和步骤二得到的g-C₃N₄粉末混合搅拌，然后在反应釜中进行水热反应，经渗析冻干，得到石墨烯碳化氮量子点修饰的ZnS微米复合材料。

优选的是，所述的步骤一具体为：将锌盐和硫脲加入到乙二胺中,搅拌，然后在180～200℃水热反应10～24h，得到ZnS(en)_0.5纳米片。

优选的是，所述的锌盐为氯化锌、硝酸锌或乙酸锌。

优选的是，所述的步骤二的氨基化合物为三聚氰胺、硫脲、尿素或盐酸氨基脲。