本发明专利技术属于半导体纳米复合材料技术领域，具体涉及一种一维ZnS/CdS‑C纳米复合材料及其制备方法。本发明专利技术是以锌盐和苯甲酸盐为原料制得苯甲酸根插层的一维层状金属氢氧化物前驱体，然后与硫化氢气体进行气固反应使氢氧化锌转变成为硫化锌，再与镉盐进行阳离子交换得到ZnS和CdS均匀分散在一维有序排列的苯甲酸基质中的纳米复合材料，然后在保护气环境下高温焙烧即可得到一维ZnS/CdS‑C纳米复合材料。该方法无需模板剂和结构助剂，采用硫化氢为硫源，原位热解得到高活性，高分散性，高结晶度，高纯度，高稳定性，能够响应可见光的一维ZnS/CdS‑C纳米复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术所述合成方法其制备工艺简单，成本低廉，耗能少，能够实现可控制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体纳米复合材料
，具体涉及一种一维ZnS/CdS-C纳米复合体系纳米材料及其制备方法。
技术介绍
自上个世纪70年代开始，全球性的资源紧缺和环境污染破坏问题开始引起了人们的重视，开发利用新能源和处理环境污染问题成为当今社会发展所需要面对的两个非常重要的问题。近年来，许多新技术被用于开发新能源和治理环境污染领域，在这其中利用清洁、无污染和丰富的太阳能的半导体光催化技术受到极大关注。ZnS是最早被发现的半导体材料之一，因其多功能性已被广泛应用于发光二极管，激光器，红外窗口，光催化和传感器等领域。随着纳米技术研究的兴起，ZnS半导体纳米材料的合成与应用引起了科学家的关注。由于ZnS半导体纳米材料在诸多领域的广泛应用，因此目前，关于合成ZnS半导体纳米材料的报道很多。ChenZ G等(Chen Z G,Zou J,Lu G Q,Li F.J.Appl.Phys.Lett.,2007,90:103117.)利用化学气相沉积法成功制备了一维ZnS纳米线。Yu等(W.T.Yao,S.H.Yu,L.Pan,J.Li,Q.S.Wu,L.Zhang,J.Jiang,Small,2005,1,320-325)使用溶剂热合成法在水和二亚乙基三胺(DETA)混合溶剂里制备了硫化锌/DETA纳米带。但是水(溶剂)热法通常需要高温、高压、密闭反应体系，制备工艺比较复杂。Wang等(Wang X D,Gao P X,Li J.Summers C J,Wang Z L.J.Adv.Mater.,2002,14:1732-1735.)以ZnO纳米带为模板，通过与硫源在水溶液中发生化学反应制备了一维ZnS纳米电缆和纳米管。此外，其他制备方法如电化学沉积法、微乳液法、溶胶-凝胶法等也被使用制备一维ZnS纳米材料。ZnS为直接宽带隙半导体材料，禁带宽度约为3.66eV，紫外光下具有典型的半导体光催化活性。紫外光照射下，ZnS纳米结构生成电子、空穴的速度非常快，且光生电子、空穴具有很强的氧化还原能力，另外，ZnS来源广且无毒，这些性能都使其在光催化领域表现出优异的性能。然而，ZnS属于宽带隙半导体材料，只能吸收占太阳光能量的4％左右的紫外光，而对可见光利率用率很低，同时纯ZnS的
电子和空穴易复合、易光腐蚀和催化剂难回收等问题也大大限制了ZnS光催化剂的大规模使用。针对这些问题，通过设计合成稳定、高效的且具有可见光响应的ZnS纳米复合材料对实现ZnS纳米光催化剂效率和稳定性的提升具有十分重要的意义。针对单一纳米ZnS光催化剂在光催化应用中存在的问题，近年来，以增强ZnS纳米材料光催化活性、稳定性、可见光利用率和重复利用性为目的的ZnS纳米复合光催化体系得到了深入的研究。此处我们将常见的ZnS纳米复合光催化体系概括为以下几类：金属掺杂ZnS、ZnS固溶体、贵金属沉积ZnS、ZnS-石墨碳。Chen等(Chen W T,Hsu Y J.J.Langmuir 2010,26:5918-5925.)利用半胱氨酸辅助水热合成法在直径为200nm左右的ZnS纳米球表面均匀沉积Au纳米粒子，Au纳米粒子的直径在15nm左右，其与ZnS纳米球形成的界面结构有效促进了光生电子和空穴的分离，显著提高了ZnS对硫堇染料的光催化降解效率。Yu(Yu Y F,Zhang J,Wu X,Zhao W W,Zhang B.J.Angew.Chem.Int.Ed.,2012,51:897-900.)以ZnS/二亚乙基三胺有机/无机杂化纳米材料为前驱体，利用离子交换法制备了CdxZn1-xS多孔纳米片，成功的实现了对ZnS带隙的调节，产物在可见光下表现较好的光解水产氢性能。Xu等(Zhang Y H,Zhang N,Tang Z R,Xu J J.J.ACS nano,2012,6:9777-9789.)首次报道了石墨烯作为光敏剂实现对ZnS的可见光改性。他们以氧化石墨烯，氯化锌和硫化钠为原料，通过采用水热合成法制备了一系列不同石墨烯含量的ZnS/石墨烯纳米复合材料。选取硫化镉对硫化锌进行敏化，以期望得到性能更优，价格低廉的材料。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种一维ZnS/CdS-C纳米复合材料及其制备方法。该方法无需模板剂和结构助剂，采用硫化氢为硫源，通过阳离子交换和原位热解得到高活性，高分散性，高结晶度，高纯度，高稳定性，能够响应可见光的一维ZnS/CdS-C纳米复合材料。本专利技术是以锌盐和苯甲酸盐为原料制得苯甲酸根插层的一维层状金属氢氧化物前驱体，然后与硫化氢气体进行气固反应使氢氧化锌转变成为硫化锌，再与镉盐进行阳离子交换得到ZnS和CdS均匀分散在一维有序排列的苯甲酸(HBA)基质中的ZnS/CdS-HBA纳米复合材料，ZnS/CdS-HBA在保护气环境下高温焙烧即
可得到一维ZnS/CdS-C纳米复合材料。该材料的长度为60um左右，直径为100-200nm，锌、镉和碳的比例可控。本专利技术所述的一维ZnS/CdS-C纳米复合材料的制备方法，具体步骤如下：1)分别配制浓度为0.01-0.06mol/L的锌盐溶液和浓度为0.01-0.06mol/L的苯甲酸盐溶液，将两种盐溶液混合，其中锌离子与苯甲酸根离子的摩尔比为1-5:1；然后使用浓度为0.001-0.006g/L的碱溶液调节pH值为4-10，水浴加热温度保持在60-100℃反应10-48h，反应结束后，离心洗涤，干燥，得到苯甲酸根插层的一维层状氢氧化锌前驱体；2)将苯甲酸根插层的一维层状氢氧化锌前驱体置于反应装置中，以5-100mL·min-1的流速通入H2S气体，常温下反应1-30分钟后，通入氮气除去残余的H2S气体，得到纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料；3)将0.1-10g纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料超声分散到5-100mL去离子水中，然后加入浓度为0.0001-0.001mol/L的镉盐溶液5-100mL，之后转移至反应釜中，25-200℃下反应10-48h，反应完成后，离心洗涤，干燥；最后400-800℃温度下惰性气体气氛下中焙烧10-240min得到一维ZnS/CdS-C纳米复合材料。所述的镉盐选自硝酸镉、氯化镉、硫酸镉中的一种或几种。所述的锌盐选自硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种或几种。所述的碱选自氢氧化钠、尿素、氢氧化钾、氨水中的一种或几种。步骤1)中所述的苯甲酸盐为苯甲酸钠、苯甲酸钾中的一种或两种。步骤3)中所述的将0.1-10g纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料超声分散到5-100mL去离子水中，同时加入5-30mL的乙醇。步骤3)中镉离子与一维纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料的摩尔比为1:5-5:1。所述的惰性气体为氮气、氩气。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：由于苯甲酸根插层层状氢氧化锌前驱体中锌离子高度分散性，因此进行阳离子交换的时候，镉离子将部分锌离子置换出来，镉离子也能够高度分散。苯甲酸分子的功能化修饰，能够对硫化锌和硫化镉有个很好的限域作用，从而防止他们的聚集。经原位热解，苯甲酸有机小分子转化为了碳层，有很高的稳定性和吸附能力。阳离子交换可以让硫化锌和硫化镉
充分的接触，焙烧之后能够形成异质结同本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种一维ZnS/CdS‑C纳米复合材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下：1)分别配制浓度为0.01‑0.06mol/L的锌盐溶液和浓度为0.01‑0.06mol/L的苯甲酸盐溶液，将两种盐溶液混合，其中锌离子与苯甲酸根离子的摩尔比为1‑5:1；然后使用浓度为0.001‑0.006g/L的碱溶液调节pH值为4‑10，水浴加热温度保持在60‑100℃反应10‑48h，反应结束后，离心洗涤，干燥，得到苯甲酸根插层的一维层状氢氧化锌前驱体；2)将苯甲酸根插层的一维层状氢氧化锌前驱体置于反应装置中，以5‑100mL·min‑1的流速通入H2S气体，常温下反应1‑30分钟后，通入氮气除去残余的H2S气体，得到纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料；3)将0.1‑10g纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料超声分散到5‑100mL去离子水中，然后加入浓度为0.0001‑0.001mol/L的镉盐溶液5‑100mL，之后转移至反应釜中，25‑200℃下反应10‑48h，反应完成后，离心洗涤，干燥；最后400‑800℃温度下惰性气体气氛下中焙烧10‑240min得到一维ZnS/CdS‑C纳米复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种一维ZnS/CdS-C纳米复合材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下：1)分别配制浓度为0.01-0.06mol/L的锌盐溶液和浓度为0.01-0.06mol/L的苯甲酸盐溶液，将两种盐溶液混合，其中锌离子与苯甲酸根离子的摩尔比为1-5:1；然后使用浓度为0.001-0.006g/L的碱溶液调节pH值为4-10，水浴加热温度保持在60-100℃反应10-48h，反应结束后，离心洗涤，干燥，得到苯甲酸根插层的一维层状氢氧化锌前驱体；2)将苯甲酸根插层的一维层状氢氧化锌前驱体置于反应装置中，以5-100mL·min-1的流速通入H2S气体，常温下反应1-30分钟后，通入氮气除去残余的H2S气体，得到纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料；3)将0.1-10g纤维状硫化锌与苯甲酸纳米复合材料超声分散到5-100mL去离子水中，然后加入浓度为0.0001-0.001mol/L的镉盐溶液5-100mL，之后转移至反应釜中，25-200℃下反应10-48h，反应完成后，离心洗涤，干燥...
【专利技术属性】
技术研发人员：王连英，魏博文，王东阳，刘改利，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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