三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法技术

三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法，先制备尺度均一的海胆状ZnS，再进行CdS纳米粒子的功能化组装，结合ZnS和CdS的优势，采用溶剂热和均匀沉淀法制备出三维ZnS/CdS海胆状纳米复合催化剂，以解决ZnS光催化效率低的问题，本发明专利技术制备的ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料具有独特的三维海胆状结构，是由六方晶型的ZnS海胆和六方结构的CdS纳米粒子组成；催化活性高，成本低，原料易得，制备工艺简单，重复性好，有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机纳米材料制备
，具体涉及。
技术介绍
近年来，人们对纳米尺寸的半导体材料光催化氧化反应进行了大量研究，但研究中发现:在实际应用过程中由于光生电荷和空穴的转移速度慢，复合率高，导致半导体材料的光催化反应效率低。而作为一种典型的光电半导体材料，纳米硫化锌是重要的宽禁带半导体材料(Eg=3.77eV)，在过去的几十年中，硫化锌已被广泛用于光催化、光致发光、光电转换，非线性光学等方面。然而，作为一种光催化剂，硫化锌在应用上也存在光催化效率较低的问题，为了提高硫化锌的光催化效率，科研工作者作出了许多探索，如掺杂过渡金属离子；通过控制形貌来改变ZnS纳米结构的表面结构；以及两种半导体的复合来达到光生电荷和空穴的分离等等。CdS半导体的禁带较窄，而且导带能级比ZnS的高，将两种半导体复合后，由于两种半导体的禁带发生交迭，在紫外光的照射下，发生电子跃迁后，光激发产生的空穴留在CdS的价带，电子则跃迁到ZnS的导带上，从而促进了光催化剂电荷分离，提高了光催化降解活性。目前将ZnS组装到CdS上的复合材料CdS-ZnS报道较多，CdS半导体复合到 ZnS 上的复合材料 ZnS/CdS 报道较少(Journal of Luminescencell2 (2005) 131-135 ；Journal of Colloid and Interface Science273 (2004) 160 - 164),而且其制备方法主要是溶胶法和共沉淀技术。但三维ZnS/CdS海胆状纳米复合材料及其制备方法未见报道。另外相关文献合成的ZnS/CdS复合材料也未见有光催化性能的报道。本专利技术提供了一种高效降解有机染料的三维ZnS/CdS海胆状纳米复合材料的制备方法，可应用于多种有机染料的光催化降解中，在污水处理领域具有很大的应用价值。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，结合ZnS和CdS的优势，采用溶剂热和均匀沉淀法制备出三维ZnS/CdS海胆状纳米复合催化剂，以解决ZnS光催化效率低的问题。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为:，包括以下步骤:I)制备尺度均一的海胆状ZnS称取Zn(CH3COO)2.2H20，在磁力搅拌下溶于盛有蒸馏水的聚四氟乙烯反应釜中，Zn(CH3COO)2.2H20和蒸馏水的质量比为1: 30 65，然后加入乙二胺，乙二胺和蒸懼水的体积比为1:1 4,在搅拌2-5min后加入二硫化碳或硫脲，二硫化碳或硫脲和Zn(CH3COO)2.2H20的质量比为4: I 8，待体系搅拌均匀后再加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮和Zn(CH3COO)2.2Η20的质量比为1:1 3，继续搅拌至表面活性剂完全溶解；将上述聚四氟乙烯反应釜装入不锈钢反应釜套中，拧紧釜盖，于120-180°C下反应16-24h ;反应结束后，待反应体系自然冷却至室温，经离心得到白色沉淀产物，分别用乙醇和蒸馏水洗涤产物各3次，然后将产物置于60-80°C的真空干燥箱中干燥6-8h，即获得三维海胆状ZnS结构；2) CdS纳米粒子的功能化组装称取步骤I)制备的三维海胆状ZnS和Cd (NO3) 2.4Η20加入盛有蒸馏水的烧瓶中，三维海胆状ZnS、Cd (NO3)2.4Η20和蒸馏水的质量为1:1 3: 500 1500，并于超声波清洗器中超声震荡15_30min，然后向其中加入硫代乙酰胺，硫代乙酰胺和Cd(NO3)2.4H20的质量比为1:1 3，再继续超声震荡15-20min ;在上述烧瓶上安装回流冷凝管，在磁力搅拌下置于常温水浴中，开始进行加热，当水浴温度上升至70-80°C时，使反应体系在恒温70-80°C下反应l_2h，然后停止加热，将反应体系继续搅拌6-14h ;经离心后得到亮黄色沉淀产物，分别用乙醇和蒸馏水洗涤产物各3次，然后将产物置于60-80°C的真空干燥箱中干燥6-8h ;收集产物，即获得三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料。本专利技术制备的ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料具有如下优点:(I)具有独特的三维海胆状结构，是由六方晶型的ZnS海胆和六方结构的CdS纳米粒子组成。海胆直径为I μ m, CdS纳米粒子大约IOnm左右。(2)催化活性高，可应用于多种有机染料的光催化降解中，在污水处理领域具有很大的应用价值。(3)具有成本低，原料易得，制备工艺简单，重复性好，具有良好的应用前景。以下具体说明本专利技术的效果，光催化活性测试具体方法和条件如下:催化剂的光催化氧化活性是在自制的光催化反应器中进行。采用40W石英紫外灯为辐射光源，反应液为50mLlX 10_5mol/L的有机 染 料，催化剂加入量为0.050g。在磁力搅拌下进行光催化降解实验，每隔一定的时间抽取少量反应液，利用紫外可见分光光度计测定所收集溶液的吸光度。具体降解结果如表1:本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备尺度均一的海胆状ZnS称取Zn(CH3COO)2·2H2O，在磁力搅拌下溶于盛有蒸馏水的聚四氟乙烯反应釜中，Zn(CH3COO)2·2H2O和蒸馏水的质量比为1︰30～65，然后加入乙二胺，乙二胺和蒸馏水的体积比为1︰1～3，在搅拌2?5min后加入二硫化碳或硫脲，二硫化碳或硫脲和Zn(CH3COO)2·2H2O的质量比为4︰1～8，待体系搅拌均匀后再加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮和Zn(CH3COO)2·2H2O的质量比为1︰1～3，继续搅拌至表面活性剂完全溶解；将上述聚四氟乙烯反应釜装入不锈钢反应釜套中，拧紧釜盖，于120?180℃下反应16?24h；反应结束后，待反应体系自然冷却至室温，经离心得到白色沉淀产物，分别用乙醇和蒸馏水洗涤产物各3次，然后将产物置于60?80℃的真空干燥箱中干燥6?8h，即获得三维海胆状ZnS结构；2)CdS纳米粒子的功能化组装称取步骤1)制备的三维海胆状ZnS和Cd(NO3)2·4H2O加入盛有蒸馏水的烧瓶中,三维海胆状ZnS、Cd(NO3)2·4H2O和蒸馏水的质量为1︰1～3︰500～1500，并于超声波清洗器中超声震荡15?30min，然后向其中加入硫代乙酰胺，硫代乙酰胺和Cd(NO3)2·4H2O的质量比为1：1～3，再继续超声震荡15?20min；在上述烧瓶上安装回流冷凝 管，在磁力搅拌下置于常温水浴中，开始进行加热，当水浴温度上升至70?80℃时，使反应体系在恒温70?80℃下反应1?2h，然后停止加热，将反应体系继续搅拌6?14h；经离心后得到亮黄色沉淀产物，分别用乙醇和蒸馏水洗涤产物各3次，然后将产物置于60?80℃的真空干燥箱中干燥6?8h；收集产物，即获得三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料。...

【技术特征摘要】
1.三维海胆状ZnS/CdS复合半导体光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)制备尺度均一的海胆状ZnS 称取Zn(CH3COO)2.2H20，在磁力搅拌下溶于盛有蒸馏水的聚四氟乙烯反应釜中，Zn(CH3COO)2.2H20和蒸馏水的质量比为1: 30 65，然后加入乙二胺，乙二胺和蒸懼水的体积比为1:1 3,在搅拌2-5min后加入二硫化碳或硫脲，二硫化碳或硫脲和Zn(CH3COO)2.2H20的质量比为4: I 8，待体系搅拌均匀后再加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮和Zn(CH3COO)2.2Η20的质量比为1:1 3，继续搅拌至表面活性剂完全溶解；将上述聚四氟乙烯反应釜装入不锈钢反应釜套中，拧紧釜盖，于120-180°C下反应16-24h ;反应结束后，待反应体系自然冷却至室温，经离心得到白色沉淀产物，分别用乙醇和蒸馏水洗涤产物各3次，然后将产物置于60-80°C的真空干燥箱中干燥6-8h，即获得三维海胆状ZnS结构； 2)CdS纳米粒子的功能化组装 称取步骤I)制备的三维海胆状ZnS和Cd (NO3)2.4Η20加入盛有蒸馏水的烧瓶中，三维海胆状ZnS、Cd (NO3)2.4Η20和蒸馏水的质量为1:1 3: 500 1500，并于超声波清洗器中超声震荡15_30min，然后向其中加入硫代乙酰胺，硫代乙酰胺和Cd(NO3)2.4Η20的质量比为1:1 3，再继续超声震荡15-20min ;在上述烧瓶上安装回流冷凝管，在磁力搅拌下置于常温水浴中，开始进行加热，当水浴温度上升至70-80°C时，使反应体系在恒温70-80°C下反应l_2h，然后停止加热，将反应体系继续搅拌6-14h ;经...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘淑玲，李红霖，仝建波，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：