一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将摩尔比为1:0.25~4:2~5的可溶性锌盐、氟化铵、硫代乙酰胺溶于水，配制成前驱体溶液；（2）所述前驱体溶液经超声波辐照反应后，再静置过滤，过滤物经洗涤后干燥，即得到所述的硫化锌光催化纳米材料。本发明专利技术方法制备过程工艺简单、操作方便、安全可靠，可直接在常压下经一步液相过程得到花状多孔硫化锌结构；而且环境友好，未采用任何有机溶剂或表面活性剂为模板，而是以硫代乙酰胺分解产生的气体为模板，在氟化铵的辅助下自组装形成花状多孔硫化锌纳米结构。所制备的ZnS在紫外光下可使甲基橙快速降解，降解率在1小时内可达到的98%。

Preparation method of ZnS photocatalytic nanomaterials

The invention discloses a preparation method of zinc sulfide photocatalytic nanomaterial, which comprises the following steps: (1) dissolve the soluble zinc salt, ammonium fluoride and thioacetamide in water and prepare the precursor solution for 1:0.25~4:2~5, and (2) after the solution of the precursor is irradiated by ultrasonic irradiation, the filtrate is then statically filtered and filtered. The zinc sulfide photocatalytic nanomaterials are obtained after washing and drying. The preparation process of the method is simple, easy to operate, safe and reliable. The structure of the flower like porous zinc sulfide can be obtained by one step liquid phase process under normal pressure, and the environment is friendly, and the template is not used by any organic solvent or surface active agent, but the gas produced by thioacetamide is the template, and the ammonium fluoride is used as the template. The self-assembled self-assembly forms a flower like porous zinc sulfide nanostructure. The prepared ZnS can rapidly degrade methyl orange under UV light, and the degradation rate can reach 98% in 1 hours.

【技术实现步骤摘要】
一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法
本专利技术属于无机纳米材料领域，具体涉及一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法。
技术介绍
硫化锌（ZnS）是一种重要的半导体材料，具有独特的光学、电学和催化特性，被广泛应用于发光二极管、光电探测器、场发射器件、太阳能电池、传感器、荧光粉、生物测定和生物成像中的发光标记、能量转换和催化剂等领域，是一种很有前途的功能型无机材料，已引起材料学家的广泛关注。硫化锌纳米材料的性能与其结构、形貌密切相关，通过控制结构和形貌可获得性能优良的硫化锌纳米材料，探究硫化锌形貌、结构和性能之间的关系，对硫化锌纳米材料的进一步发展具有重要的理论和实际意义。近年来，研究者提出了多种硫化锌纳米材料的制备方法。福建师范大学白卫斌等报道了以硝酸锌和硫代乙酰胺为原料，通过醇热法制备花状ZnS微米球，即将硝酸锌和硫代乙酰胺溶于乙醇中，搅拌均匀后在高压反应釜中于120℃反应5小时。制备的花状ZnS微米球的直径为2~3μm，通过纳米片相互交织自组装形成，在该反应体系中，乙醇不能与锌离子络合，所有晶向的生长速率相等，有利于ZnS晶体在平衡状态下生长为球状结构（WeibinBai，LifangCai，ChunxiangWu，Alcohothermalsynthesisofflower-likeZnSnano-microstructureswithhighvisiblelightphotocatalyticactivity[J]，MaterialsLetters，2014，124：177-180.）。北京科技大学王凤平等报道了将醋酸锌和硫脲溶于乙二胺、乙醇胺和乙醇的混合溶液中，充分搅拌后通过溶剂热法在160℃下反应4小时，得到了直径为3~6μm的花状结构，而这种花状ZnS是由排列致密的纳米片自组装而成的，乙二胺、乙醇胺和乙醇在反应过程中可以改变ZnS晶体的生长行为（MingyanLi，FengpingWang，ZhiyuanWang，etal.，Solvothermalpreparationofflower-likeZnSmicrospheres，theirphotoluminescenceandhydrogenabsorptioncharacteristics[J]，MaterialsLetters，2013，112：81-83.）。河北科技大学庞雪蕾报道了在强碱性条件下，分别以醋酸锌和硫磺为锌源和碱源，以乙二胺四乙酸钠为模板，十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂，采用水热法在160℃下反应6小时得到了花状ZnS，它是由厚度为50nm的纳米片组成的。十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂阻碍了ZnS纳米粒子组装成球，使其沿特定的方向生长位微米花，且强碱性条件促进了ZnS微米花的组装（庞雪蕾，水热条件下微米级球形和花状ZnS的制备，河北科技大学学报，2012，33：406-415）。上述方法虽然能够制备硫化锌纳米材料，但是都需要高温高压的密闭体系中进行，对反应条件要求较高，而且还需使用环境不友好型的试剂，即以有机溶剂作封端剂或表面活性剂作模板剂和结构导向剂。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法，该方法工艺简单、操作方法，无需高温高压条件，也不需使用有机溶剂。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将摩尔比为1:0.25~4:2~5的可溶性锌盐、氟化铵、硫代乙酰胺溶于水，配制成前驱体溶液；（2）所述前驱体溶液经超声波辐照反应后，再静置陈化，然后过滤，过滤物经洗涤后干燥，即得到所述的硫化锌光催化纳米材料。在上述步骤（1）中，可溶性锌盐和硫代乙酰胺分别作为锌源和硫源，氟化铵则是作为矿化剂促进纳米粒子的自组装，其中控制可溶性锌盐与氟化铵的摩尔比对制备的硫化锌纳米材料的结构影响尤为关键，当氟化铵与可溶性锌盐的摩尔比小于0.25时，得到的花状硫化锌结构花瓣较少，且花瓣是致密的纳米片，边缘破损严重，而当氟化铵与可溶性锌盐的摩尔比大于4时，花状多孔硫化锌粒径分布不均匀，且出现几个花状硫化锌颗粒生长在一起的现象。在上述步骤（2）中，过滤物可分别采用去离子水和乙醇洗涤3~4次，洗涤的过滤物可于烘箱中干燥，干燥温度可为40~60℃，干燥时间可为12~24h。相较于水浴法，本专利技术使用超声波得到的硫化锌结构更完整，粒径均匀，无团聚。作为优选，所述前驱体溶液中可溶性锌盐的摩尔浓度为0.01~0.02mol/L。锌盐的浓度会影响制备的硫化锌纳米材料的结构。作为优选，步骤（2）中，超声波辐照反应温度为70~80℃。高温促进硫代乙酰胺分解，温度高，硫代乙酰胺分解快，温度高会促进反应，缩短反应时间，提高反应速率，但是过快的反应速率可能会影响硫化锌的自组装而得不到花状多空结构。作为优选，步骤（2）中，超声波辐照反应时间为30~60min。超声时间短，ZnS结晶不完全，时间过长，花状结构会被超声作用破坏，延长反应时间不会促进反应，只会破坏花状结构的完整性。作为优选，步骤（2）中，超声波功率为50~100W。作为优选，所述可溶性锌盐为醋酸锌、硝酸锌、氯化锌或硫酸锌。醋酸锌有利于硫化锌成核，可优选为醋酸锌。作为优选，步骤（2）中，静置陈化时间为8~12h。陈化是为了使晶核生长，时间短，晶体生长不完全，时间长，晶体过生长，粒径大。作为优选，可溶性锌盐与硫代乙酰胺的摩尔比为1:3。在此比例下，ZnS结晶更完整。作为优选，步骤（2）中，超声波辐照反应时间为30min，温度为75℃。超声时间短，ZnS结晶不完全，时间过长，花状结构会被超声作用破坏。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术制备的多孔硫化锌光催化纳米材料形貌类似于玫瑰花，无团聚、单分散，粒径介于2~3微米，花瓣由大量粒径为10~20纳米的颗粒组装而成，表面含有大量孔隙。2、本专利技术得到的花状多孔硫化锌是一种半导体纳米材料，可在光催化、传感器和太阳能电池等领域得到开发应用。制备工艺简单，操作简便，重复性好；不使用任何表面活性剂和有机溶剂作模板，过程清洁，环境友好；反应时间短，生产效率高；原料易得，成本低廉。3、本专利技术采用一步超声化学法制备花状中空硫化锌光催化纳米材料，该方法一方面可以利用自身产生的热效应、压强效应和机械搅拌效应来促进反应的进行，一方面还可以提高纳米颗粒的分散性、提高产品的纯度、降低生产的成本。4、本专利技术采用无机矿化剂氟化铵促进硫化锌纳米粒子的自组装，形成花状多孔硫化锌纳米结构，制备过程工艺简单、操作方便、安全可靠，可直接在常压下经一步液相过程得到花状多孔硫化锌结构；环境友好，未采用任何有机溶剂或表面活性剂为模板，而是以硫代乙酰胺分解产生的气体（H2S）为模板，在矿化剂氟化铵的辅助下自组装形成花状多孔硫化锌纳米结构。5、本专利技术所制备的ZnS在紫外光下可使甲基橙快速降解，降解率在1小时内可达到的98%，在催化反应结束后，ZnS可回收再利用，催化效果经多次测试不会减弱，重复性和稳定性好，有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1制备的花状多孔硫化锌纳米材料的X射线衍射（XRD）分析图；图2为实施例1制备的花状多孔硫化锌纳米材料的低倍场发射扫描电子显微镜（FESEM）图片；图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将摩尔比为1:0.25~4:2~5的可溶性锌盐、氟化铵、硫代乙酰胺溶于水，配制成前驱体溶液；（2）所述前驱体溶液经超声波辐照反应后，再静置陈化，然后过滤，过滤物经洗涤后干燥，即得到所述的硫化锌光催化纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种硫化锌光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将摩尔比为1:0.25~4:2~5的可溶性锌盐、氟化铵、硫代乙酰胺溶于水，配制成前驱体溶液；（2）所述前驱体溶液经超声波辐照反应后，再静置陈化，然后过滤，过滤物经洗涤后干燥，即得到所述的硫化锌光催化纳米材料。2.根据权利要求1所述的硫化锌光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液中可溶性锌盐的摩尔浓度为0.01~0.02mol/L。3.根据权利要求1所述的硫化锌光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，超声波辐照反应温度为70~80℃。4.根据权利要求3所述的硫化锌光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱雯莉，刘东亮，杜娟，杨巧玲，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51