一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法，步骤如下：采用一步溶剂热的方法快捷、简便的制备出具有核壳结构的异质结ZnS/SnS2光催化剂。以SnS2为内核，具有较窄的禁带宽度；以ZnS为外壳增大复合材料的比表面积，从而增大了吸附性能。本发明专利技术优点：制备的层状贴合的球形ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂具有较大的比表面积，禁带宽度较窄，可以有效的使光生电子‑空穴分离，强耐光腐蚀性能，具有较高的光吸收和催化活性，能有效的处理模拟废水和实际废水，可见光下COD去除率达到73.9％，处理后的水质可保证生物正常存活。

A method of layered spherical zinc sulfide/tin disulfide heterojunction photocatalyst with visible light response

【技术实现步骤摘要】
一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法
本专利技术涉及一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法。
技术介绍
PPCPs(PharmaceuticalandPersonalCareProducts)一类新型环境污染物，具有毒性、持久性、生物累积性和生物难降解等特点，许多PPCPs组分具有较强的生物活性、旋光性和极性，大都以痕量浓度存在于环境中。兽类医药、农用医药、人类服用医药以及化妆品的使用是其导入环境的主要方式，给水环境质量、生态系统安全和人类健康带来隐患。因此，对于如何去除废水中的有机污染物变得非常重要。光催化氧化技术具有处理效率高、工艺设备简单、操作条件易控制、无二次污染、催化材料易得、且有望直接利用太阳光作为反应光源等其它水处理技术无法比拟的优点，是一项具有广泛应用前景的新型水处理技术。二元硫化物半导体因其窄带隙和强烈的可见光吸收，在最近几年备受关注。ZnS因其电子迁移率高，能带位置适宜，很好的耐光蚀性，化学性质稳定，较好的激子结合能，潜在形态丰富等优势，在光催化水污染物降解，有毒重金属的还原以及H2析出的水分解都有应用。但因其带隙大，有且仅有UV吸收，电子-空穴对复合快，因此必须掺杂其他光催化剂，缩小带隙，增强光活性。成本低的SnS2具有窄带隙，抗氧化性和光催化稳定性，良好的电子传导性，被认为是优异的具有可见光响应的光催化材料。可是SnS2存在光生电子和空穴的快速重组和电荷传输不良，也会导致光催化性能差并限制其实际应用。将硫化锌/二硫化锡(ZnS/SnS2)复合成具有较窄带隙(1.2-1.5eV)的二元硫族化合物半导体材料，在光催化领域会具有潜在应用价值。ZnS和SnS2耦合构成核壳异质结复合物。这中结构是具有吸引力的，在世界范围内被关注的异质结结构。外壳为内核提供了保护，增强了结构的稳定性和反应性，而且二者之间有效的界面接触改善了光学性质，电荷载流子的迁移率，延长了可见光响应范围，抑制了电子-空穴对的复合，因此核壳异质结光催化剂远优于单一光催化剂。事实上，光催化过程设计光吸收、光生电子-空穴对的产生、载流子的分离和转移、吸附质分子的化学转化，这些过程与光催化剂的表面结构和电子结构密切相关。因此，构建具有核壳结构的硫化锌/二硫化锡(ZnS/SnS2)催化剂可以促进光催化过程，同时抑制光生载流子复合。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法。本专利技术采用如下技术方案：一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法，步骤如下：以无机锌盐、无机锡盐和硫源作为原料，将它们溶解到有机溶液中得到混合溶液，将混合溶液转移到反应釜中，在160-200℃下反应12小时，反应结束后，将反应物用去离子水和无水乙醇分别洗涤数次，所得产物在60-100℃下真空干燥6-24小时，即得具有可见光催化活性的可见光响应的层状贴合的球形ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂。优选地，所述无机锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌和硫酸锌中的一种或几种。优选地，所述无机锡盐为四氯化锡、草酸亚锡和氯化亚锡中的一种或几种。优选地，所述硫源为硫代乙酰胺、硫脲和Na2S中的一种或几种。优选地，所述有机溶液为乙醇、丙醇、丁醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、乙二醇、丙二醇或丁二醇中的一种或几种。优选地，无机锌盐与无机锡盐的摩尔比为20:1～40:1。优选地，无机锌盐与硫源的摩尔比为1:2～1:8。与现有技术相比，本专利技术具有的优点：1)本专利技术制备方法制得的层状贴合球形ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂具有独特的表面结构和形貌；2)本专利技术的溶剂热法制备一种具有可见光响应的层状贴合的球形ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂具有更大的比表面积，较窄的禁带宽度，能有效地使光生电子-空穴分离，在可见光下有较强的光吸收和光催化能力，并具有着较高的稳定性和再生性能，可见光照射下可以高效处理实际废水。附图说明图1是本专利技术的实施例1所制备的ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂(a)和单纯的ZnS(b)和单纯的SnS2对比样品(c)的XRD图谱，由图可知，ZnS/SnS2和ZnS以及SnS2的X射线衍射数据相符合，表明合成的复合材料确实是异质结结构，ZnS与SnS2实现了有效复合。图2是本专利技术实施例1所制备的ZnS/SnS2的SEM图，由图可知ZnS/SnS2复合成均匀粒子层状贴合的球形。图3是本专利技术实施例1所制备的ZnS/SnS2的TEM图，由图可知ZnS/SnS2为核壳异质结结构材料。图4是本专利技术实施例1所制备的ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂(a)和纯ZnS(b)以及SnS2样品(c)的氮气吸附-脱附等温线,由图可知，ZnS/SnS2和纯ZnS、SnS2的氮气吸附-脱附等温线都属IUPAC分类中的IV型，H3滞后环，但ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂的比表面积接近104.7m2/g，纯ZnS的比表面积为192.5m2/g，纯SnS2的比表面积为90.3m2/g，ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂的比表面积取ZnS的外壳优势而较大。图5是本专利技术实施例1所制备的ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂(a)和纯ZnS(b)以及纯SnS2(c)光降解四环素曲线，由图可知，ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂的催化活性高于纯ZnS和纯SnS2。图6是本专利技术实施例1所制备的ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂在可见光照射下处理实际药物废水的曲线，由图可知，ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂可以高效处理实际药物废水，在可见光下实际药物废水的COD去除率高达73.46％。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例1(1)将3.0mmol醋酸锌，3.0mmol四氯化锡，11.0mmol硫代乙酰胺，加入到60mL乙二醇溶液中并搅拌至溶液透明。(2)将溶液转移到100mL反应釜中，180℃，反应时间为12小时。(3)将反应后的样品离心并用去离子水和乙醇洗涤数次，所得样品在60℃下真空干燥12小时。然后取出，自然冷却，研磨。所得产物为ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂。实施例2(1)将3.0mmol氯化锌，3.0mmol四氯化锡，11.0mmol硫代乙酰胺，加入到60mLN-N二甲基甲酰胺溶液中并搅拌至溶液透明。(3)将溶液转移到100mL反应釜中，160℃，反应时间为12小时。(4)将反应后的样品离心并用去离子水和乙醇洗涤数次，所得样品在60℃下真空干燥12小时。然后取出，自然冷却，研磨。所得产物为ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂。实施例3(1)将3.0mmol硝酸锌，3.5mmol四氯化锡，12mmol硫化钠，加入到60mL乙醇溶液中并搅拌至溶液透明。(2)将溶液转移到100mL反应釜中，180℃，反应时间为12小时。(3)将反应后的样品离心并用去离子水和乙醇洗涤数次，所得样品在60℃下真空干燥12小时。然后取出，自然冷却，研磨。所得产物为ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂。实施例4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法，其特征在于，步骤如下：以无机锌盐、无机锡盐和硫源作为原料，将它们溶解到有机溶液中得到混合溶液，将混合溶液转移到反应釜中，在160‑200℃下反应12小时，反应结束后，将反应物用去离子水和无水乙醇分别洗涤数次，所得产物在60‑100℃下真空干燥6‑24小时，即得具有可见光催化活性的可见光响应的层状贴合的球形ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法，其特征在于，步骤如下：以无机锌盐、无机锡盐和硫源作为原料，将它们溶解到有机溶液中得到混合溶液，将混合溶液转移到反应釜中，在160-200℃下反应12小时，反应结束后，将反应物用去离子水和无水乙醇分别洗涤数次，所得产物在60-100℃下真空干燥6-24小时，即得具有可见光催化活性的可见光响应的层状贴合的球形ZnS/SnS2核壳异质结光催化剂。2.根据权利要求1所述的具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法，其特征在于，所述无机锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌和硫酸锌中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的具有可见光响应的层状贴合的球形硫化锌/二硫化锡核壳异质结光催化剂的方法，其特征在于，所述无机锡盐为四氯化锡...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓芳，夏佰慧，车文杰，罗旭彪，罗胜联，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36