[发明专利]一种金属硫化镁基异质结光催化材料及制备方法

说明书

发明属于异质结光催化材料技术领域，尤其涉及一种金属硫化镁基异质结光催化材料及制备方法,配方中包括以下组份：硝酸镁、硫化氢和其它金属的硝酸盐，其中摩尔用量比为硝酸镁：其它金属的硝酸盐＝3‑9：1，制备过程中将原料放在气氛炉中通硫化氢气体进行高温焙烧，方法简单，制备过程中安全性高，制备得到的材料具有良好的吸附‑光催化性能。

技术领域

本发明属于异质结光材料技术领域，尤其涉及一种金属硫化镁基异质结光催化材料及制备方法。

背景技术

环境污染和能源匮乏已成为社会可持续发展道路上的两大主要难题，如何有效地解决上述问题成为当下的首要任务，光催化技术在这两方面的应用具有广阔的前景，光催化材料在光照的条件下具有的氧化还原能力，从而可以达到净化污染物、物质合成和转化等目的。光催化材料可以在常温常压下利用太阳光，利用光生电子的还原能力可以实现光催化分解水制备氢气，将CO₂还原制备碳氢化合物；利用光生空穴的氧化能力可以分解污染物，抗菌杀菌等。然而，单一光催化剂存在光生空穴和电子容易复合，光生空穴和电子氧化还原能力有限等问题。

半导体光催化是一项能源消耗低，不会引发二次污染的绿色环保技术，可以有效地治理环境中的水体污染以及制备新型的清洁能源。大量的半导体光催化剂已经被开发利用，但是光催化性能较低等问题使其在应用中受到很大的限制，造成这些问题的主要原因是由于传统半导体的带隙较宽无法有效地利用光能以及单一的半导体光生电荷复合概率较高。构建异质结结构是一种有效解决上述问题的方式，它通过将两种或两种以上的半导体材料进行结合而形成的空间电势差来提高电子-空穴对的分离效率和光能利用率，进而改善催化性能。

半导体硫化物是一种新颖的半导体材料，具有合适的带隙、良好的化学稳定性、低毒性和价格低廉等性能，近年来受到学者的广泛关注。同时，半导体硫化物具有良好的吸收可见光和近红外光的能力，因此可以作为一种很有前途的可见光光催化剂和宽带隙半导体的敏化剂。但由于在光照下分离的光生电子和空穴没能及时转移,复合率高,大大降低了光催化性能，单一硫化物的光催化性能并不理想。

硫化物中硫化镁为无机物，化学式为MgS，白色或红棕色六方晶体或粉末，溶于酸及三氯化磷，在冷水中分解生成氢氧化镁和硫氢化镁，在热水中分解生成氢氧化镁与硫化氢，在冷、浓硝酸中析出硫。硫化镁可通过硫酸镁与二硫化碳在高温下反应，或将硫化氢通入红热的氧化镁上制得，也可以由硫或硫化氢与镁作用制得。硫化镁遇水即发生水解,得到氢氧化镁和硫氢化镁，硫化镁不能通过水溶液中的复分解反应制备。

硫化镁的制备主要是将镁粉与硫粉进行机械研磨制备硫化镁以及利用氢化镁、乙炔碳、硫粉制备硫化镁，但上述方法中存在着使用的镁粉易燃易爆和氢化镁为易燃刺激物，制备过程中安全性不够的技术问题。

而目前关于金属硫化镁基异质结光催化材料制备的方法也比较少，现有的方法大多为化学沉淀法、溶剂热法。沉淀法为室温下将一个组分沉积在别一个组分的表面，方法较简单，但易发生离子或原子间的扩散从而使催化活性降低的技术问题；溶剂热法以水或有机溶剂为介质，在密闭高温反应釜中反应，制备的催化材料形貌及尺寸均匀，结晶良好团聚程度较轻，但这种存在着要温高压过程，对设备材质和安全要求较严，且成本较高的技术问题。

现大多制备的金属硫化物基异质结光催化材料也存在比表面积较小，结合不牢固、数量少的异质结，从而不能有效地将污染物富集至反应活性中心，导致光催化活性不高等技术问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种金属硫化镁基异质结光催化材料及制备方法，通过高温煅烧的方法制备金属硫化镁基异质结光催化材料，制备过程中安全性高，操作简单，制备得到的材料具有良好的吸附-光催化性能，高吸附及高催化活性的光催化材料。

解决以上技术问题的本发明中的一种金属硫化镁基异质结光催化材料，包括以下组份：硝酸镁、硫化氢和其它金属的硝酸盐，其中摩尔用量比为硝酸镁：其它金属的硝酸盐＝3-9：1，硝酸镁和其它金属的硝酸盐混合后，在硫化氢气体氛围中高温反应。