[發明專利]一種銅基過渡金屬硫化物異質結納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110790069.9
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113457693B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 廉孜超;吳釩;訾江芝;李召;鐘玥琪;楊偉偉
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: B01J27/045
• 分類號: B01J27/045;C01B3/04
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了一種銅基過渡金屬硫化物異質結納米材料的制備方法，具有這樣的特征，包括以下步驟：步驟S1，將硬脂酸銅加入到三正辛胺中，并在預定氣氛條件下攪拌以除去O₂，而后加熱至第一設定溫度，直至形成澄清的深綠色溶液，接著將硫溶液緩慢加入深綠色溶液中，得到混合溶液，將混合溶液加熱至第二設定溫度，在第二設定溫度下反應60min后得到Cu₉S₅；步驟S2，將Cu₉S₅溶于三正辛胺和油胺中，而后抽真空并加熱至第三設定溫度，再緩慢注入Cd先驅體，恒溫反應一段時間，得到銅基過渡金屬硫化物異質結納米材料Cu₉S₅/CdS，其中，對于制備得到銅基過渡金屬硫化物異質結納米材料Cu₉S₅/CdS，還通過光沉積的方式負載微量Pt納米顆粒，來進一步優化其產氫活性。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體涉及一種銅基過渡金屬硫化物異質結納米材料的制備方法。

背景技術

進入21世紀后，能源和環境一直是人類關注的熱點。隨著石油、煤炭和天然氣等不可再生化石能源長時間大量的開采和利用，不可再生能源已經面臨枯竭的危險，而且使用后產生的環境污染問題也日益嚴重。氫氣是一種清潔、環保和可再生能源，且比能量密度高達142.35kJ/kg，是不可再生化石燃料的理想替代品。光催化制氫是一種清潔環保的且可持續發展的制氫技術，是應對全球能源和環境危機的最有前途的技術之一。在眾多用于太陽能轉換的構件中，異質結構納米材料憑借其更高的光收集能力和通過能帶工程的更高效電荷分離技術，成為向更好的能量轉換邁進的理想選擇。

在各種異質結光催化劑中，硫化銅基異質結是最熱門的材料之一，因為其低成本、低毒性、窄帶隙、光學特性可調以及良好的光響應。構建異質結不僅可以增強光收集和輔助電荷轉移，而且可以提供反應活性位點和光催化劑的穩定性。到目前為止，構建用于光催化析氫的過渡金屬硫化物(TMD)基外延異質結構仍然比較困難，特別是層狀TMD和其他非層狀材料組成的異質結構。

硫化銅是典型的p型半導體，亞化學計量的硫化銅其帶隙隨晶相的變化而變化，可調帶隙在0.6eV-2.35eV。其中Cu₉S₅是理想的基體選擇，主要是由于其帶隙寬度較窄(1.8eV)，在近紅外區域有明顯的光響應。然而，Cu₉S₅主要研究方向在染料的降解、太陽能電池、光熱轉換、光電探測器、CO₂還原和固氮等領域，很少有研究其光催化產氫性能。同時，Cu₉S₅由于其窄帶隙和局部等離子體共振特性而顯示出較強的光吸收和散射特性，在近紅外區域具有產氫性能，但由于銅基材料固有的光生電子空穴對快速復合，實際產氫效率偏低；而CdS具有窄帶系(2.4eV)在可見光區域有良好的產氫性能，但CdS在催化過程中不穩定，容易發生光腐蝕。

現有相關研究中，采用溶劑熱法制備Cu₉S₅納米盤后，再通過原位外延生長CdS的方法構建異質結。但是原位外延生長階段的操作復雜，且反應時間長。此外，單獨的Cu₉S₅納米盤和CdS由于固有的光生電子空穴對快速復合，實際產氫效果不理想，且在催化制氫過程中結構不穩定。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種銅基過渡金屬硫化物異質結納米材料的制備方法。

本發明提供了一種銅基過渡金屬硫化物異質結納米材料的制備方法，具有這樣的特征，包括以下步驟：步驟S1，將硬脂酸銅加入到三正辛胺中，并在預定氣氛下攪拌以除去O₂，而后加熱至第一設定溫度，直至形成澄清的深綠色溶液，接著將硫溶液緩慢加入深綠色溶液中，得到混合溶液，將混合溶液加熱至第二設定溫度，在第二設定溫度下反應60min后得到Cu₉S₅；