[發明專利]樹枝狀硫化鎘超細納米棒等級結構材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410008447.3
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103708532A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 張兵;黃義;許友;趙為為;張超
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01G11/02
• 分類號: C01G11/02;B82Y30/00;B82Y40/00;B01J27/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明涉及半導體納米材料技術領域，更加具體地說，涉及關于樹枝狀硫化鎘超細納米棒等級結構材料及其制備方法。

背景技術

化石能源短缺和環境污染問題是當前人類所面臨的重大挑戰。氫能被認為是未來能源結構中最具有發展潛力的清潔能源之一。傳統的制氫方法需要消耗巨大的常規能源，使制氫成本大大提高，極大限制了氫能的發展和推廣應用。如果能夠有效利用太陽能進行光解水制氫，就可以大力促進氫能的發展，有可能從根本上解決人類面臨的能源短缺和環境問題。

1972年日本學者Fujishima和Hondo發現光照TiO₂可催化分解水制氫，開啟了半導體光催化制氫的新紀元。半導體是一種導電性能介于導體與絕緣體之間的材料，在光催化分解水上有很大的應用。近些年，II-VI半導體材料可被用作光電材料、傳感器材料等，因而受到了廣泛的關注。硫化鎘作為這類半導體材料中的一員，同傳統的TiO₂、ZnO等金屬氧化物寬禁帶半導體光催化劑相比，它因具有合適的帶隙以及適合的價帶和導帶位置而被認為是優良的可見光催化劑。隨著納米技術的不斷發展，各種形貌的硫化鎘不斷被合成出來，而樹枝狀的硫化鎘報道的相對比較少，而且目前報道的合成樹枝狀硫化鎘的方法主要是通過加入鎘鹽、硫脲以及一種修飾劑，采用一步水熱法來合成。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種低成本、低能耗、工藝簡單的制備樹枝狀硫化鎘超細納米棒等級結構的方法，最終生成的納米等級結構兩組分的摩爾比基本達到等摩爾比例。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

樹枝狀硫化鎘超細納米棒等級結構材料及其制備方法，按照下述步驟進行制備：

步驟1，將硝酸鋅和硫脲置于由乙二胺和水組成的混合溶劑中，其中所述硝酸鋅和硫脲的摩爾比為1：（1—1.2），所述乙二胺和水的體積比為（3—4）：1，待混合均勻后進行密封，在150—200℃下反應8—10h，優選180—200℃下進行反應，得到硫化鋅雜化納米片；

步驟2，將步驟1制備的硫化鋅雜化納米片分散在乙二胺中后，再加入水進行二次分散，然后加入氯化鎘，待混合均勻后進行密封，在120—200℃下反應3-6小時，優選150—180℃下反應4-5小時，其中所述氯化鎘中元素鎘與步驟1中使用的硫脲中元素硫的摩爾比為等摩爾比。

在本發明的技術方案中，待步驟2反應結束后，倒去上層清液，收集黃色沉淀物，用乙醇和水離心洗滌4-6次，最后置于40℃真空干燥箱干燥12小時，得到硫化鎘納米等級結構材料。

依據上述方法制備的樹枝狀硫化鎘超細納米棒等級結構材料的長度在80—150納米，直徑為8—15納米。

本發明中所用的化學試劑均為分析純，利用高壓反應釜作為步驟1和步驟2使用的反應容器，一般采用以聚四氟乙烯為內襯的反應釜。

所述的樹枝狀硫化鎘超細納米棒等級結構材料在催化產氫中的應用，其中使用由水、無水乙醇和三乙胺組成的反應溶液，所述水、無水乙醇和三乙胺的體積比為15：15：2。

本發明的硫化鎘超細納米等級結構材料的制備方法技術方案采用的是兩步水熱法，具有成本低、合成溫度低、產物純度高、比表面大、產氫性能好等優點。本發明的技術方案從雜化納米片出發，通過離子交換法來合成樹枝狀的硫化鎘超細納米棒等級結構材料，在光催化分解水上具有非常優異的性能。

附圖說明

圖1是步驟1制備的硫化鋅雜化納米片的SEM照片。

圖2是通過本發明制備的硫化鎘納米棒等級結構材料的SEM照片。

圖3是通過本發明制備的硫化鎘納米棒等級結構材料的TEM照片。

圖4是步驟1制備的硫化鋅雜化納米片的X射線衍射圖。

圖5是通過本發明制備的硫化鎘納米棒等級結構材料與硫化鎘納米顆粒的紫外-可見光對比圖，其中1為本發明所制備的硫化鎘；2為參照文獻制備的硫化鎘顆粒。

圖6是5毫克的樣品產氫量與光照時間的關系圖，其中1為本發明所制備的硫化鎘；2為參照文獻制備的硫化鎘顆粒。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。

實施例1：

1.原料：分析純乙二胺、硫脲、六水合硝酸鋅、五水化硫化鎘。

2.分別取乙二胺和水（共18毫升，體積比為4：1）于50毫升高壓反應釜中，磁力攪拌10分鐘。

3.向攪拌著的混合液中加入1.5mmol六水合硝酸鋅，在室溫下磁力攪拌至澄清。