[发明专利]一种二硫化钨/硫化铟异质结光催化材料的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钨/硫化铟异质结光催化材料的制备及其应用。用二水钨酸钠、盐酸羟胺、和硫脲和十六烷基三甲基溴化铵合成WS₂光催化材料，将五水硝酸铟、十六烷基三甲基溴化铵和硫代乙酰胺加入去离子水中，搅拌后，加入WS₂光催化材料，冷凝回流，合成二硫化钨/硫化铟异质结光催化材料。该制备方法操作简单，条件温和；制得的异质结光催化材料化学性质稳定、热稳定性好、光催化性能好；WS₂/In₂S₃异质结的构筑提高了光生载流子的分离，加快了载流子的迁移速率，从而有效提高了光催化材料的光催化活性；制得的异质结光催化材料可应用于降解四环素类抗生素和染料等。

技术领域

本发明属于光催化降解污染物技术领域，具体为一种二硫化钨复合硫化铟异质结光催化降解抗生素和染料等污染物材料的制备及其应用。

背景技术

随着科学技术的进步，有毒化学物质污染已经开始严重威胁人类的生存和发展。长期摄入化学有机污染物所造成的潜在食源性危害和印染废水对生态系统的破坏已成为关注的焦点。四环素作为一种高效、广泛应用的抗生素，是人类和兽用医药的重要组成部分，可治疗多种细菌感染。然而，四环素类抗生素也是一把双刃剑。由于具有的生态毒性，缺乏生物降解性以及低吸收能力导致大量四环素类抗生素被直接排放到地表水、地下水和饮用水中，对人类健康和水生生态系统造成了巨大的威胁。此外，印染废水的排放也对环境造成了极大的污染。因此，印染废水净化和抗生素类污染物去除技术的开发已成为一项迫切任务。目前在对污染物去除技术的研究中，光催化氧化技术被认为是一种绿色、高效、环保的四环素废水净化技术。

在各种半导体光催化剂的候选物中，硫化铟（In₂S₃）作为一种典型的III-VI族硫化物，由于带隙较窄（~2.0 eV）以及具有光稳定性好、物理化学性能优良和低毒的特点，被认为是一种有应用前景的可见光光催化剂，可用于污染物分解和废水净化。然而，与其它窄带隙半导体光催化材料一样，In₂S₃由于光激发载流子的快速复合，其效率远不能令人满意。为了提高In₂S₃材料的光催化性能，人们尝试将In₂S₃与其他半导体材料进行复合来构筑异质结光催化材料。

众所周知，二硫化钨（WS₂）以其独特的结构、巨大的比表面积、优异的光电性质、可调的带隙能、丰富而高催化活性的暴露边缘等优点，受到众多研究者的关注，广泛用作光催化助剂、光电催化剂，是一种优异的窄带半导体。WS₂带隙能大约为1.35eV，光吸收范围可达910nm。WS₂表现出高的电子传导率、高的热稳定性、卓越的化学稳定性。因此，WS₂是一种更适合与In₂S₃复合形成异质结构的材料。

发明内容

因此，基于以上的研究背景，为了解决In₂S₃材料光激发载流子快速复合的问题，同时也为了能够制备出高效的可见光和太阳光光催化材料，本发明提出一种二硫化钨/硫化铟异质结光催化材料的制法及其应用。

本发明采用的技术方案是：一种二硫化钨/硫化铟异质结光催化材料的制备方法，按以下步骤：

1）将1.6494～4.9482 g 的Na₂WO₄·2H₂O、0.6949～2.0847g盐酸羟胺和1.5224～4.5672g硫脲加入30～60mL去离子水中，磁力充分搅至完全溶解，形成透明溶液；在持续搅拌下加入HCl溶液调节透明溶液的pH值为5～7；再在搅拌条件下加入0.2369g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），形成混合溶液，转移至50～100mL反应釜中在160～180℃温度下反应18～24h，冷却后，去除上层清液，并用去离子水和无水乙醇分别洗涤数次，40～60℃温度下真空干燥10～24 h，得WS₂光催化材料；