[发明专利]一种四元可见光催化纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种四元可见光催化纳米复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）先后将质量比为1:1~4的氧化铜和硫化锌均匀分散于去离子水中形成混合液；（2）将步骤（1）中得到的混合液置于微波反应器中经微波辐照反应后，冷却至室温后经过滤、洗涤、干燥，即得到CuO/CuS/ZnO/ZnS四元可见光催化纳米复合材料。得到的CuO/CuS/ZnO/ZnS四元可见光催化纳米复合材料在可见光下，具有较强的光催化效率；且该制备方法工艺简单、操作简便，重复性好，不使用任何表面活性剂和有机溶剂作模板，过程清洁，环境友好。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种四元可见光催化纳米复合材料的制备方法。

背景技术

硫化锌（ZnS）作为最早用于光催化的半导体之一，在光激发下能快速产生载流子，并且光生电子的负还原电势较高，在水溶液中的导带位置也较高，因而在降解水污染物方面表现出绝对的优势。但是，ZnS最大的缺陷在于光生电子和空穴的快速结合，这就缩短了载流子的寿命，降低了ZnS的光催化活性。另外，由于ZnS本身的能隙较宽，只能在紫外光照下才能驱动催化反应，而紫外光仅占太阳光总能量的5%左右。这势必使得ZnS在太阳光照下的光催化效率较低。为此，必须拓宽ZnS的光谱吸收范围，并促进光生电子-空穴对的分离，抑制其再结合。半导体异质结是高效分离和收集载流子的结构。p型和n型半导体复合会在界面处形成p-n异质结，不仅可以使能隙变窄，增强对可见光的吸收，还能促进电子和空穴的分离，并使其在电势差下快速转移。

近年来，发展了多种异质结以改善ZnS的光催化效率，如ZnO、CdO、CuS、SnS₂、Bi₂S₃、CdS、ZnSe等等。其中，CuO作为p型半导体能够与n型ZnS形成异质结调节ZnS的光学性质。在ZnS中掺入1%的CuO可以使ZnS在可见光下光降解酸性橙II的能力提高7.5倍（Gang JuanLee，Arumugam Manivel，Valentina Batalova，et al.，Mesoporous microsphere of ZnSphotocatalysts loaded with CuO or Mn₃O₄ for the visible-light-assistedphotocatalytic degradation of Orange II dye [J]，Industrial EngineeringChemistry Research，2013，52：11904-11912）。与单元或二元纳米光催化剂相比，三元或更多组元的光催化体系具有更优异的光催化效率。中国地质大学孟大维等利用三步化学法以ZnO/ZnS为中间产物制备了刀片状的ZnO/ZnS/CuS三元复合纳米材料，在可见光下辐照210min发现，其对甲基橙的光催化降解效率大约是ZnO/ZnS的四倍（Changzhen Liu，YanxinWang，Dawei Meng，et al.，Enhanced visible light photocatalytic performance ofZnO/ZnS/CuS ternary nanocomposites [J]，Materials Letters，2014，122：197-200）。南方科技大学张作泰等制备了四元光催化剂ZnO@ZnS@Ag@Ag₂S，其光催化活性比单元ZnS、二元ZnS@ZnS和ZnO/Ag都要好（Yiping Su，Zhicheng Zhao，Shun Li，et al.，Rationaldesign of a novel quaternary ZnO@ZnS/Ag@Ag₂S nanojunction system for enhancedphotocatalytic H₂ production [J]，Inorganic Chemistry Frontiers，2018，5，3074-3081）。

所以开发一种硫化锌基多组元可见光催化剂以提高硫化锌的光催化效率是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容