[發(fā)明專利]一種納米金屬硫化物復合半導體光催化材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910093517.9
• 申請日: 2009-10-12
• 公開（公告）號: CN101664686A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 張法智;魯瑞娟;徐新;徐賽龍;段雪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J37/20;B01J35/02;A62D3/10;A62D101/28
• 代理公司: 北京華誼知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發(fā)明屬于復合半導體材料技術領域，具體涉及一種納米金屬硫化物復合半導體光催化材料的制備方法。?

背景技術

金屬硫化物半導體納米材料(ZnS、CdS)具有優(yōu)良的光電性質(zhì)，在太陽能電池、光催化以及傳感器件等領域具有潛在的應用優(yōu)勢，因而受到廣泛關注。近年來的研究表明，復合半導體(主要是二元半導體)表現(xiàn)出高于單一半導體的光電性質(zhì)，有些還可使激發(fā)光波長擴展到可見光范圍，因而納米復合半導體材料的合成方法、性能協(xié)同優(yōu)化成為當前半導體材料研究的熱點。?

目前可以制備ZnS/CdS復合半導體納米材料的方法很多，如水熱法、微乳液法、原位法等，每種制備方法都有各自的優(yōu)缺點。水熱法(Tong?Ren，Zhibin?Lei，Guoyou?Luan，Guoqing?Jia，Jing?Zhang，Rui?Yu，Can?Li，Thin?Solid?Films.2006，513，99-102)可制得晶粒尺寸可調(diào)的復合硫化物，但是無法實現(xiàn)粒子的均勻分散。微乳液法(Alexandre?R.Loukanov，Ceco?D.Dushkin，Karolina?I.Papazova，Andrey?V.Kirov，Miroslav?V.Abrashev，Eiki?Adachi，Colloids?and?Surfaces?A：Physicochem.Eng.Aspects.2004，245，9-14)可制備粒徑小且分布窄的納米復合半導體材料，但所制備的納米粒子在油相體系中易發(fā)生團聚。原位法(Aparna?Deshpande，PallaviShah，R.S.Gholap，Narendra?M.Gupta，Journal?of?Colloid?and?InterfaceScience.2009，333，263-268)可得到組成可調(diào)的納米復合材料，但所用的基底多為有機聚合物，分散的均勻性受到限制。因此如何獲得性能穩(wěn)定、均勻分散、粒徑分布窄、組成可控的復合半導體納米材料成為復合半導體光催化材料的一個重要研究方向。?

水滑石(層狀雙金屬復合氫氧化物Layered?Double?Hydroxides，簡寫為LDHs)是一種新型多功能層狀材料，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，且LDHs層板金屬離子的組成及摩爾比可調(diào)變，層間陰離子具有可交換性。因此將其作為前體制備納米復合半導體材料，可實現(xiàn)粒子的均勻分散。通過調(diào)控層板元素和層間陰離子，可實現(xiàn)調(diào)變層板化學組成及反應環(huán)境的目的，為制備高效、組成可調(diào)的納米復合半導體光催化材料提供了可行途徑。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種納米金屬硫化物復合半導體光催化材料的制備方法，利用水滑石(LDHs)的層板金屬離子可調(diào)變性和層間陰離子可交換性，將半導體先驅(qū)金屬元素以氫氧化物的形式引入LDHs層板，根據(jù)該金屬元素更易形成穩(wěn)定的硫化物的性質(zhì)采用氣固相反應在LDHs層板上原位合成金屬硫化物半導體納米粒子，進而實現(xiàn)半導體在LDHs層板上的均勻分散；通過調(diào)變層板金屬的配比，制備得到粒徑、組成、帶隙均?可調(diào)控的復合半導體納米光催化材料。?

本發(fā)明的金屬硫化物復合半導體納米光催化材料的組成為：以層板中含Zn、Cd元素的LDHs為前體，向水滑石粉體中通入足量H₂S氣體，經(jīng)氣固反應得到均勻分散的納米金屬硫化物復合半導體光催化材料。?

本發(fā)明的納米復合半導體光催化材料的制備步驟如下：?

a配置可溶性二價金屬硝酸鹽、三價金屬硝酸鹽、以及磺酸鹽的混合溶液，其中二價、三價金屬陽離子摩爾比為M²⁺/M³⁺＝2～4，配制濃度為0.5～4.0mol/L的NaOH或KOH堿溶液；?

b將步驟a配制的堿溶液滴加到步驟a配制的混合鹽溶液中，至pH為6～10，在室溫條件下晶化2～24h，產(chǎn)物用去CO₂水充分洗滌、離心，真空室溫干燥，得到磺酸鹽插層的LDHs；?

c將步驟b制得的磺酸鹽插層的LDHs置于反應裝置中，在60℃～150℃下，通入H₂S氣體10～200min，產(chǎn)物在N₂氣氛中保留1～12h，得到納米金屬硫化物復合半導體材料。?