[發明專利]一種用于混凝土防腐的四元硫化物半導體材料及制備方法

有效

• 申請號: 201610455194.3
• 申請日: 2016-06-20
• 公開（公告）號: CN106082327B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 劉毅;閆東明;侯佩佩;張洛棟;呂達
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;C04B111/26;C04B103/69
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 張法高,傅朝棟

技術領域

本發明屬于無機半導體材料領域，具體涉及一種用于混凝土防腐的四元硫化物半導體材料及制備方法。

背景技術

硫化物材料是一類公認的優良半導體材料，且這類化合物根據組成和結構的不同，可以在光、電、磁等多方面具有重要的用途。如CuS、ZnS、CdS和Sn_xS_y等硫化物是優良的半導體熒光材料，超細CdS顆粒具有良好的光電性質，在光電材料及太陽能電池方而具有潛在的應用價值，過渡金屬硫化物則表現出特異的光電性能，在電致發光、光致發光、傳感器、磷光體和紅外窗口材料以及光催化等領域使用廣泛。AgBiS₂和Cu₃BiS₃等三元硫化物顯示出良好的熱穩定性，是良好半導體材料，其光學吸收在可見光區域具有潛在的應用價值。同時作為新型催化劑材料，將廣泛地應用在催化、抑菌、防腐等領域。

混凝土結構中鋼筋被銹蝕成為影響鋼筋混凝土耐久性的一項主要因素，每年都造成重大的經濟損失，解決鋼筋腐蝕問題是當前土木工程領域科技工作者面臨的最緊迫的任務之一。其中，T-硫氧化菌、硫桿菌X、噬硅菌造成的生物硫酸腐蝕是其中一種常見的混凝土腐蝕，其具體過程為：環境水體中的有機和無機懸浮物隨著水體的流動而逐漸沉積于混凝土結構的表面成為附著物，附著物中的硫酸根離子被硫還原菌還原，生成硫化氫氣體。同時，硫化氫氣體通過復雜的生物化學反應，氧化生成酸性較強的硫酸，從而降低周圍環境的pH值。硫酸溶解釋放的氫離子通過擴散進入混凝土的內部，并與混凝土內部的鋼筋結構相接觸，從而發生混凝土和鋼筋的腐蝕，嚴重威脅著混凝土建筑結構的安全。半導體材料可以作為表面涂層材料，涂覆在混凝土表面起到很好的抑菌作用。由于半導體能夠進行“光催化反應”----受到光激發后，產生化學能，利用產生的化學能來進行氧化還原反應。半導體光催化的基本原理是利用半導體作為光催化材料(或與某種氧化劑結合)，在特定波長的光輻射下，在半導體表面產生氧化性極強的空穴或反應性極高的羥基自由基。這些氧化活性離子與有機污染物、病毒、細菌發生接觸和復合而產生強烈的破壞作用，導致有機污染物被降解，病毒與細菌被殺滅，從而達到降解環境污染物，抑菌殺菌和防腐的目的。

目前，TiO₂被證明是應用最廣泛的光催化劑。但是其瓶頸在于，只有在短波紫外光的照射下Ti0₂才能表現出光催化特性，而紫外光僅占太陽光的3％～4％，其中能被Ti0₂吸收用于光催化反應的也只有其中的30％。因此增強可見光吸收能力，充分有效地利用太陽能資源，已成為目前光催化劑一個前沿的發展方向，而金屬硫化物具有很寬的可見光吸收范圍。因此，開發新的溶劑熱合成路線，探索合成新的硫化物半導體體系是解決上述問題的重要途徑之一。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足，并提供一種用于混凝土防腐的四元硫化物半導體材料及制備方法。具體技術方案如下：

一種用于混凝土防腐的四元硫化物半導體材料，其化學組成式為：Cs₂Ag₂As₂S₅，屬于三斜晶系，P-1空間群，晶胞參數α＝63.28(3)°，β＝82.11(3)°，γ＝87.78(3)°，Z＝2，Dc＝4.293g/cm³，單晶體為黃綠色塊狀，能隙為2.45eV。

一種所述的四元硫化物半導體材料的制備方法為：以摩爾比分別為1.0-2.0：1.0-2.0：0.5：2.0-3.0的氫氧化銫一水合物、金屬銀、二元固溶體三硫化二砷和單質硫為原料；以體積比為0.5-1.0：2.0-3.0的乙二胺和聚乙二醇400的混合液為溶劑；將每0.462-0.769克原料加入2.5-4.0mL所述的溶劑中，并在140-160℃環境下反應5-8天，經去離子水和乙醇洗滌后得到四元硫化物半導體材料Cs₂Ag₂As₂S₅。

一種所述的四元硫化物半導體材料的用途，作為用于光催化殺菌的混凝土防腐涂料材料或用于制備光電化學半導體器件或太陽能電池過渡層材料。

本發明操作過程簡單方便，原料成本低，反應條件溫和等，采用本方法制備的四元硫化物半導體材料，產率可達到60％以上，晶粒尺寸達到微米級以上，且化學純度較高。半導體材料的能隙分別為2.45eV，在半導體光催化劑方面具有潛在的應用價值。

附圖說明