[发明专利]一种一步溶剂热合成CuS-WO3

说明书

本发明公开了一种一步溶剂热合成CuS‑WO₃复合材料的方法。将制备CuS所需的硫源和铜源，以及制备WO₃所需的钨源，同时溶解在同一溶剂乙二醇中，形成均相混合溶液，在溶剂热条件下反应，使CuS和WO₃同时生成，得到CuS‑WO₃复合材料。相较分步的合成方法，本发明方法更简单，并且能够解决分步合成有可能带来的半导体性质改变的问题。能够通过改变铜源、硫源和钨源的浓度控制复合物中CuS和WO₃的相对含量，从而调节CuS‑WO₃复合材料的光电和光催化性能，所制备的CuS‑WO₃复合材料能够用于光电和光催化领域。

技术领域

本发明属于光催化半导体技术领域，具体涉及一种一步溶剂热合成CuS-WO₃复合材料的制备方法。

背景技术

对环境质量保护的日益关注以及全球对能源需求的不断增长需要开发具有高能效和低污染或无污染的技术。光催化半导体材料能利用太阳能分解水产氢并降解环境中的有毒污染物，被认为是极有前途的清洁能源技术之一。

单一的光催化半导体材料吸光范围有限，且光生电子和空穴的复合几率高，因此光电和催化性能较差。近来，将带隙不同的光电半导体复合制备复合材料是最受关注的工作之一。复合不仅能拓宽材料的吸光范围提高对光的吸收利用率，还能促进光生电子和空穴的分离，从而提高材料的性能。

氧化钨(WO₃)已经被证实在可见光照下具有分解水和降解污染物的性能，并且由于WO₃显示出对光腐蚀和化学腐蚀的高稳定性并且价格便宜，制备简单，因而是研究较多的光催化材料之一。但WO₃的带隙为2.48eV，理论上只能利用波长500nm以下的光，其吸光范围仍然不够宽。硫化铜是一种p型半导体，由于它的带隙较窄，其吸光范围较宽。并且，硫化铜的空穴浓度很高，达到10²²cm^-3，并且具有很好的空穴传输能力，其空穴迁移率很高，因此其电阻很低，为 10^-4Ωcm。因此，将硫化铜和三氧化钨复合不仅可以拓宽材料的吸光范围，提高光生电子和空穴的分离效率，并且由于CuS的快速空穴传输能力，理论上可以提高光催化反应的速度。

目前制备半导体复合材料常用分步的方法进行，即先制备一种半导体，随后在这一半导体上再沉积生长另一种半导体。这种方法首先步骤较多；其次，在生长后一种半导体时，若条件不适当，会对前一半导体产生影响。

本发明通过将合成硫化铜所需的铜源和硫源，以及合成三氧化钨所需的钨源原料制备为均相混合溶液，溶剂为乙二醇，采用溶剂热法一步生成CuS-WO₃复合材料。这一方法可以方便的通过改变反应液中原料的浓度来控制复合材料中两种半导体的相对含量，从而得到光电和催化性能不同的复合材料。

本发明针对WO₃的吸光范围较窄，并且单一半导体电子空穴复合率高的问题，提出采用与CuS复合的办法提高材料的吸光性能，提高电子空穴分离的效率，并且由于CuS的高空穴传输能力，能加快催化反应速度，从而提高光电和光催化性能。同时，针对分步合成较为繁琐，并且有可能会对前一半导体产生影响的问题，提出采用一步法合成，反应过程同时生成两种半导体，一步得到复合材料。这一一步溶剂热反应制备得到CuS-WO₃复合材料的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种一步合成CuS-WO₃复合材料的制备方法。

本发明的思路：通过将合成硫化铜所需的铜源和硫源，以及合成三氧化钨所需的钨源原料制备为均相混合溶液，溶剂为乙二醇，采用溶剂热法一步生成CuS-WO₃复合材料。具体步骤为：

(1)将铜源和硫源同时加入乙二醇中，在室温下搅拌1小时使其完全溶解后，制得硫化铜前驱反应液。