本发明专利技术公开了一种用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料及制备方法和用途。以碱金属氢氧化合物、过渡金属(银)、二元固溶体(Sb2S3)和硫单质为原料，聚乙二醇和水合肼为溶剂，在140‑180℃环境中反应6‑9天，得到四元硫化物半导体材料，化学组成式为：RbAgSb4S7。本发明专利技术具有合成产率高，操作过程简单，原料简单且成本低，反应条件温和，合成温度低等优点。采用本发明专利技术得到的四元硫化物产率可达60％，化学纯度高，可用于防腐、抑菌、催化等领域。
Four element sulfide semiconductor photocatalysis material for anti corrosion and anti corrosion of concrete structure in coastal engineering, preparation method and application thereof
The present invention discloses one kind of four element sulfide semiconductor photocatalysis material used for anti corrosion of concrete structure and its application. Alkali metal hydroxide compounds, transition metal (silver), two yuan (Sb2S3) solid solution and sulfur as raw material, polyethylene glycol and hydrazine hydrate as solvent, in 140 180 DEG C reaction 6 9 days, get four yuan of sulfide semiconductor materials, chemical composition, type: RbAgSb4S7. The invention has the advantages of high synthesis yield, simple operation process, simple raw materials, low cost, mild reaction condition, low synthesis temperature, etc.. By adopting the invention, the yield of the four element sulfide can reach up to 60%, and the chemical purity is high.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机半导体材料领域，具体涉及一种用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料及制备方法及其用途。
技术介绍
进入21世纪，我国已经迈入了沿海经济大发展的时代，随着我国建设“海洋强国”和“21世纪海上丝绸之路”等国家战略的提出，可以预见未来将有一大批海港码头、跨海桥梁、隧道、海上采油平台等工程设施广泛使用混凝土结构。在这些工程结构中，海洋浪溅区的混凝土结构由于经受了长期风吹日晒和海浪的反复拍打，混凝土结构的表层容易积累大量的菌落和微生物。而如何有效地阻止这些菌落和微生物对混凝土结构的腐蚀破坏，已引起广大科研工作者的广泛重视，并成为学术和工业界研究的重点之一。因此，开发和利用新材料、新技术解决混凝土结构的生物腐蚀问题已成为当前土木工程领域科技工作者面临的最紧迫的任务之一。光催化是指半导体材料利用光能作为催化剂，所发生的光化学反应。半导体晶体中的电子吸收光能就可以发生能带跃迁，从最下面的价带突破禁带跃迁至最上面的导带，同时在价带上留下空穴，在晶体内部生成空穴-电子对。它们也可以在电场的作用下发生分离，迁移至半导体材料表面不同位置，其中空穴能够与吸附在半导体材料表面的水分子发生反应生成羟基自由基，带负电的电子则与半导体材料颗粒表面溶解的氧气分子反应生成超氧阴离子、过氧化氢等不同活性氧自由基，而这种具有强氧化还原能力的活性氧自由基能够与吸附在晶体表面的多种有机物发生氧化还原反应，从而将其彻底降解为二氧化碳和水，在此过程中无其它副产物的产生。此外，羟基还可与生物细胞膜上的脂类、蛋白质等生物大分子发生过氧化反应，使得细胞膜完整性破坏，细胞呼吸链受到抑制造成细胞死亡，这也是利用半导体材料进行杀菌的研究基础。抗菌是一个广泛的名词概念，包括消毒、抑菌、灭菌、防腐、防霉等，消毒是指杀灭病原微生物，但不能杀死芽孢。抑菌是指抑制细菌和真菌的生长，但不能直接杀死。灭菌是指使用物理或化学的方法杀灭全部微生物，包括细菌、真菌和芽孢。灭菌是一种最为彻底的杀死微生物方法。抗菌材料是指自身具有抑制或杀灭有害细菌生长繁殖功能，能够在一定时间范围内使某些微生物如细菌、真菌、病毒等生长繁殖保持在必要水平下的一类材料总称。半导体光催化剂可以作为抗菌剂，目前最常见的抗菌材料是ZnO和TiO2，但是由于它们的能隙较大，只能吸收太阳光中有限的紫外光部分，而紫外光仅占太阳光的3％～4％，因此它们对于太阳光的利用效率较低，这就需要开发研究新的光催化型半导体抗菌材料。而硫化物是一大类具有可见光吸收响应的半导体材料，被公认的效果较好的具有光催化性能的半导体材料，现已引起广泛的重视和研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料制备方法。具体技术方案如下：一种用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料，其化学组成式为RbAgSb4S7，属于三斜晶系，P-1(2)空间群，晶胞参数α＝76.25(3)°，β＝85.77(3)°，γ＝80.58(3)°，暗红色块状晶体，能隙为2.01eV。上述用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料的制备方法，以摩尔比为1.0-2.0：1.0-2.0：0.5：2.0-3.0的氢氧化铷、金属银、二元固溶体三硫化二锑和单质硫为原料；以体积比为0.5-1.0：2.0-3.0的水合肼和聚乙二醇400为溶剂；按比例将每0.440-0.684克的原料加入2.5-4.0mL所述的溶剂中，在140-180℃环境中反应6-9天，经去离子水和乙醇洗涤后得到四元硫化物半导体材料RbAgSb4S7。上述四元硫化物半导体材料的用途，可以作为用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的半导体光催化材料或用于制备光电化学半导体器件或太阳能电池过渡层材料。本专利技术操作过程简单方便，原料成本低，反应条件温和等，采用本方法制备的四元硫化物半导体材料，产率可达到60％，晶粒尺寸达到微米级以上，且化学纯度较高。半导体材料的能隙分别为2.01eV，在半导体光催化剂方面具有潜在的应用价值。附图说明图1为RbAgSb4S7晶体的形貌图；图2为RbAgSb4S7晶体的EDX图谱，表明了Rb、Ag、Sb和S元素的存在及其含量；图3为RbAgSb4S7的结构图；图4为根据RbAgSb4S7晶体得到的XRD图谱与单晶模拟衍射图；图5为RbAgSb4S7的固态紫外可见漫反射光谱；图6为RbAgSb4S7作为混凝土防腐涂层材料时，混凝土腐蚀电位-时间曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。本专利技术中具体公开了一种用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料RbAgSb4S7，属于三斜晶系，P-1(2)空间群，晶胞参数α＝76.25(3)°，β＝85.77(3)°，γ＝80.58(3)°，暗红色块状晶体，能隙为2.01eV。RbAgSb4S7制备方法如下：以摩尔比为1.0-2.0：1.0-2.0：0.5：2.0-3.0的氢氧化铷、金属银、二元固溶体三硫化二锑和单质硫为原料；以体积比为0.5-1.0：2.0-3.0的水合肼和聚乙二醇400为溶剂；将每0.440-0.684克的原料加入2.5-4.0mL所述的溶剂中，在140-180℃烘箱中反应6-9天，经去离子水和乙醇洗涤后得到四元硫化物半导体材料RbAgSb4S7。本专利技术下述实施例中二元固溶体三硫化二锑的制备方法为：将摩尔比为2:3的Sb和S装入石英管进行封管，再把密封的石英管放入马弗炉中，缓慢升温至560℃，并保温8小时，再自然冷却至室温，打开石英管将块状原料研磨成粉末备用。制备过程中的参数可以根据需要进行调整。当然二元固溶体三硫化二锑也可采用市售的现有材料。实施例1RbAgSb4S7晶体。称取初始原料RbOH1.0mmol(0.102g)、Ag1.0mmol(0.107g)、Sb2S30.5mmol(0.170g)和S2.0mmol(0.064g)放入水热釜中，再加入水合肼1.0ml和聚乙二醇2.0mL，将水热釜置于160℃下反应7天。反应结束后，打开水热釜，取出产物，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤2次，得到暗红色块状晶体，产率为60％，晶粒尺寸80-200μm(见图1)。经单晶X射线衍射分析，该晶体组成式为RbAgSb4S7，属于三斜晶系，P-1(2)空间群，晶胞参数α＝76.25(3)°，β＝85.77(3)°，γ＝80.58(3)°，晶体结构图如图3所示。EDX元素分析表明晶体含Rb、Ag、Sb、S四种元素，且各元素含量比与单晶衍射分析结果一致(见图2)。XRD粉末衍射峰与单晶衍射分析模拟图谱相吻合(见图4)。UV-vis图谱测得半导体材料能隙为2.01eV(见图5)。制备过程中，各参数可以略作调整，其产品的基本性能参数基本相同。进一步提供下述两个实施例。实施例2RbAgSb4S7晶体。称取初始原料RbOH2.0mmol(0.204g)、Ag1.0mmol(0.107g)、Sb2S30.5mmol(0.170g)和S3.0mmol(0.096g)放入水热釜中，再加入水合肼1.0ml和聚乙二醇本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料，其特征在于，其化学组成式为RbAgSb4S7，属于三斜晶系，P‑1(2)空间群，晶胞参数α＝76.25(3)°，β＝85.77(3)°，γ＝80.58(3)°，能隙为2.01eV。
【技术特征摘要】
1.一种用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料，其特征在于，其化学组成式为RbAgSb4S7，属于三斜晶系，P-1(2)空间群，晶胞参数α＝76.25(3)°，β＝85.77(3)°，γ＝80.58(3)°，能隙为2.01eV。2.一种如权利要求1所述的用于临海工程混凝土结构抗菌防腐的四元硫化物半导体光催化材料的制备方法，其特征在于以摩尔比为1.0-2.0：1.0-2.0：0.5：2.0-3.0的氢氧化铷、金属银、二元固溶体三硫化二锑和单质硫为原料；以体积比为0.5-1.0：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，闫东明，侯佩佩，沈亚英，张洛栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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