[發明專利]一種硫化鎳-硫化鎘納米線異質結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201710794375.3
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107349938B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 符秀麗;官順東;張宇;彭志堅
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C01B3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種硫化鎳?硫化鎘納米線異質結構及其制備方法，屬于新能源材料制備技術領域。本發明提出的復合材料的主體是硫化鎘納米線，表面附著了樹枝狀β?NiS薄片。該材料具有優異的可見光催化分解水產氫氣能力。本發明首先通過溶劑熱方法制備硫化鎘納米線，然后以所獲得的硫化鎘納米線為模板、醋酸鎳為鎳源、硫脲為硫源、以次亞磷酸鈉為還原劑，利用次亞磷酸鈉優異的化學鍍特性，在水熱環境下在硫化鎘表面均勻生長出β?NiS納米片,得到了結合緊密、分散均勻的硫化鎳?硫化鎘納米線異質結構。該方法的產物產量大、純度高，形貌可控，無需后處理；且該法具有設備和工藝簡單、合成生長條件嚴格可控、產品收率高、成本低廉、生產過程清潔環保等優點。

技術領域

本發明涉及一種硫化鎳-硫化鎘納米線異質結構及其制備方法，屬于新能源材料制備技術領域。

背景技術

硫化鎘(CdS)作為一種典型的II-IV族過渡金屬硫屬化物半導體，具有直接帶隙，寬度約2.5eV，與可見光的光譜范圍相匹配。且具有相對較小的功函數，較大的折射系數和良好的物理、化學穩定性，在光催化(如可見光催化制氫、降解有機污染物)、光電轉化(如發光二極管、光伏電池、光探測)和光學(如非線性元件、光波導元件、激光器)等領域具有廣泛的應用前景。

雖然硫化鎘的帶隙與可見光相匹配，具有較強的可見光吸收能力，從理論上講應該具備優異的光催化性能，但是由于其在光催化過程中產生的電子和空穴非常容易復合，以及受光腐蝕作用，導致純的硫化鎘材料的光催化性能較差。為了提高硫化鎘的可見光催化性能，文獻中常用的方式是，對硫化鎘進行形貌調控，以期獲得具有高可見光催化性能的硫化鎘納米結構或量子點等；以及將硫化鎘和導電性較好且具有較高電催化制氫活性的貴金屬(如鉑、金、銀和鈀等)助催化劑復合，使得光生電子可以快速傳導出去，降低硫化鎘在光催化過程中的光生電子-空穴對的復合率，并且降低制氫反應的過電位。然而，貴金屬的稀缺性和高昂的成本大大限制了其在光催化劑方面的實際應用。所以，發展具有高催化活性的非貴金屬光催化劑具有重要意義。

近年來，一些基于硫化鎘的非貴金屬光催化劑已經有報道，如以地球上含量較多的金屬鉬、鎢、銅、鈷和鎳等的單質或其化合物作為助催化劑，對硫化鎘進行表面修飾，可以使硫化鎘的光催化性能得到顯著提升。在這些助催化劑中，硫化鎳(NiS)被視為鉑的理想替代物，因為它易于制備，價格低廉，且具有高的導電性，高的電催化活性，高的能量轉換效率，以及對環境友好等優點。目前，制備硫化鎳-硫化鎘復合材料的主要方法是溶劑熱法，包括一步溶劑熱法或多步溶劑熱法。其中，一步溶劑熱法是在溶液中同時合成硫化鎳和硫化鎘，這種方法制備流程簡單，容易實現硫化鎳和硫化鎘的合緊密結合和均勻分散；但是，這種方法的缺點是難于控制產物的形貌以及硫化鎳和硫化鎘復合材料的組成(如鎳鎘比)。而多步溶劑熱法是先獨立合成出硫化鎘納米材料，然后將其作為模板，通過一步或者多步合成的方法在硫化鎘表面生長硫化鎳；此方法獲得的最終產物形貌、組成等均可控，但是硫化鎳難以在硫化鎘表面均勻分散且緊密的附著。因此，開發出一種高效、簡單的硫化鎳-硫化鎘異質結構的制備方法，使產物形貌可控且實現硫化鎳和硫化鎘二者之間的緊密結合、均勻分散很有必要。

另一方面，目前用溶劑熱法合成的硫化鎳和硫化鎘復合材料中，硫化鎳多為多硫化物或者α-NiS，其導電性較差，光吸收能力差，其對提高硫化鎘復合材料的可見光催化能力的程度有限。而據文獻報道，β-NiS是一種黑色材料，光吸收能力強，且導電性好。因此，發展新型合成方法，合成β-NiS和硫化鎘復合材料很有意義。

本發明首先通過溶劑熱方法制備硫化鎘納米線，然后以所獲得的硫化鎘納米線為模板，以醋酸鎳為鎳源、硫脲為硫源，以次亞磷酸鈉為還原劑，利用次亞磷酸鈉優異的無電電鍍(化學鍍)特性，在水熱環境下在硫化鎘表面均勻生長出了β-NiS納米片，得到了結合緊密、分散均勻的硫化鎳-硫化鎘納米線異質結構。這種硫化鎳-硫化鎘納米線異質結構具有優異的可見光催化分解水制氫的能力。由于水熱法具有成本低、制備過程簡單、工藝參數可控性強，易實現規模化生產的特點，用本發明提出的這種硫化鎳-硫化鎘納米線異質結構的兩步溶劑熱制備方法，所得到的復合物產量大、純度高，形貌可控，硫化鎳在硫化鎘表面均勻緊密附著，制備方法經濟、環保。