铜锌锡硫的制备方法以及用途
【专利摘要】本发明公开了一种铜锌锡硫的制备方法以及用途，提出了一种简便的铜锌锡硫生产方法，而且提出了铜锌锡硫应用于光催化剂的可能。本发明的有益效果是：本发明提供一种铜锌锡硫化合物，化合物能够作为光催化剂，而且能够在自然光下进行光催化降解，方便了在化学反应中的使用；本发明用于光催化剂的铜锌锡硫，其价格非常便宜；本发明的生产步骤很简单，非常方便大量的工业生产。
【专利说明】铜锌锡硫的制备方法以及用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及到化合物的制备方法，特别是涉及到铜锌锡硫的制备方法以及用途。【背景技术】
[0002]光催化剂是可利用光能量进行光催化反应的试剂，应用领域有:表面自处理、降解环境中污染物等。常见的光催化剂是二氧化钛光催化剂，由于其较宽的禁带宽度，其应用仅仅局限于紫外光范围内。
[0003]近年来，研究者投入了大量精力致力于探索在可见光范围内有良好光催化响应的光催化剂，以充分利用自然的太阳光能量提高光催化剂的效率。
[0004]但是现有的光催化剂不仅成本过高；很多不能够在自然光下进行催化，这样在使用时需要其他的操作，很不方便；而且现有的光催化剂的生产过程过于复杂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供铜锌锡硫的制备方法以及用途，解决现有的光催化剂成本太高，而且不能在自然光下进行催化，使用不方便，而且生产过程非常复杂的缺陷。
[0006]本发明的目的通过下述技术方案实现:铜锌锡硫的制备方法，包括以下步骤:
(I)准备原料，该原料中按重量百分比，含有32%~34%的有机铜化合物、16%~18%的有机锌化合物、21%~23%的有机锡化合物和26%~29%的脲类化合物，将原料中有机铜化合物、有机锌化合物、有机锡化合物、脲类化合物均匀混合分散在60-80ml的乙二醇溶液中，形成前驱体溶液。
[0007](2)对前驱体溶液进行加热，加热温度为160°C~200 °e，加热时间为8_12分钟，加热过程中对溶液进行充分搅拌；
(3)步骤(2)中的溶液冷却后，即得到铜锌锡硫和反应溶液的混合液；
(4)对混合液进行减压过滤以及真空干燥后，得到铜锌锡硫。
[0008]本发明中的铜锌锡硫，生产方法比较简单，只需要配出合适的原料，溶解在乙二醇溶液中，进行加热反应即可生产出铜锌锡硫半导体光催化剂，对生产环境要求不高，生产成本低廉，而且易于大量型的工业生产。
[0009]进一步，步骤(2)中对前驱体溶液的加热采用微波反应发生器进行加热，并使用配套的磁力搅拌器进行搅拌，不仅能够随时调节温度，也能够调节搅拌速度，保证反应的完整性。微波反应器与通常的反应器相比，升温速度快，能够快速达到反应温度，无中间副产物生成。另外，微波反应器能够确保反应体系受热均匀，使得最后得到的产物粒径分布均匀。
[0010]进一步，步骤(1)中有机铜化合物、有机锌化合物、有机锡化合物、脲类化合物分别占原料中总质量的33.4%，16.85%，21.75%和28%时为最佳配比，在这一配比条件下制备的产物不含其他杂质， 结晶性好。
[0011]铜锌锡硫的用途，能够在自然光照下对环境水体中的有机污染物能够进行光催化降解。
[0012]铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)是一种四元化合物半导体材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地壳中的含量十分丰富，铜锌锡硫不含有稀有金属和有毒元素，更为重要的是其直接带隙宽度在1.5eV左右，与太阳光光谱非常匹配，并且对可见光的吸收系数高达1O4 CnT1数量级。铜锌锡硫能够在自然光下进行光催化降解，方便了催化剂在化学反应中的使用。
[0013]本发明的有益效果是:通过本发明提供的快速节能方法，使用本发明生产铜锌锡硫反应时间短，生产过程中功耗较低，耗能较少而且生产效果良好，可大量制备结晶性良好，晶体表面缺陷少的高纯铜锌锡硫纳米粒子。制备的铜锌锡硫纳米粒子因其带隙合适，晶体表面缺陷少，在可见光照射下激发产生电子和空穴，仅需在污染水体中投递少量铜锌锡硫纳米粒子便能够使水体中的有机染料污染物如亚甲基蓝自然降解。
[0014]本发明提供一种铜锌锡硫化合物，化合物能够作为光催化剂，而且能够在自然光下进行光催化降解，方便了在化学反应中的使用；本发明用于光催化剂的铜锌锡硫，其价格非常便宜；本发明的生产步骤很简单，非常方便大量的工业生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为铜锌锡硫的透射电镜图；
图2为铜锌锡硫的超高分辨透射电镜图；
图3为铜锌锡硫的X射线衍射图谱；
图4为铜锌锡硫在500W模拟太阳光源氙灯光照下降解亚甲基蓝时UV-Vis光吸收曲
线.图5为图4中UV-Vis光吸收曲线峰值相对应的吸光度比值C/Q曲线；
图6为图5中In(CcZC)A的比值曲线。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明:
【实施例1】
一种铜锌锡硫化合物的制备方法，包括以下步骤:
(1)将0.4g乙酸铜、0.22g乙酸锌、0.24g乙酸锡和0.30g硫脲均匀混合分散在60ml的乙二醇溶液中，形成前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液放入微波反应发生器进行加热，微波反应发生器的功率为400W，即加热温度为160°C~180 ，加热时间为8分钟，加热过程中用磁力搅拌器对溶液进行充分搅拌；
(3)步骤(2)中的溶液冷却后，即得到铜锌锡硫和反应溶液的混合液；
(4)对混合液进行减压过滤以及真空干燥后，得到铜锌锡硫。
[0017]本发明中的铜锌锡硫半导体光催化剂，生产方法比较简单，只需要配出合适的原料，溶解在乙二醇溶液中，进行加热反应即可生产出铜锌锡硫半导体光催化剂，对生产环境要求不高。
[0018]本发明生产的铜锌锡硫化合物能够在自然光照下对环境水体中的有机污染物能够进行光催化降解。[0019]铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)是一种四元化合物半导体材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地壳中的含量十分丰富，铜锌锡硫不含有稀有金属和有毒元素，更为重要的是其直接带隙宽度在1.5eV左右，与太阳光光谱非常匹配，并且对可见光的吸收系数高达IO4 CnT1数量级。本发明的铜锌锡硫化合物能够在自然光下进行光催化降解，方便了催化剂在化学反应中的使用。
[0020]本实施例针对铜锌锡硫的光催化性能做了试验:图1所示为铜锌锡硫的透射电镜图；图2所示为铜锌锡硫的超高分辨透射电镜图；图3为铜锌锡硫的X射线衍射图谱；在铜锌锡硫可见光催化降解亚甲基蓝测试阶段，首先取40mg制备的铜锌锡硫半导体光催化剂，配置200ml浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液，在模拟太阳光源氙灯的照射下，将铜锌锡硫半导体催化剂加入亚甲基蓝溶液，在铜锌锡硫半导体光催化剂的作用下，进行30分钟的暗反应阶段，之后加入Iml双氧水，分别在第0、30、60和90分钟取样测得其紫外可见吸收曲线，如图4。
[0021]【实施例2】
一种铜锌锡硫化合物的制备方法，包括以下步骤:
(1)将0.4g氯化铜、0.18g氯化锌、0.24g氯化锡、0.30g硫脲均匀混合分散在70ml的乙二醇溶液中，形成前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液放入微波反应发生器进行加热，微波反应发生器的功率为500W，即加热温度为170°C~190 ，加热时间为10分钟，加热过程中用磁力搅拌器对溶液进行充分搅拌；
(3)步骤(2)中的溶液冷却后，即得到铜锌锡硫和反应溶液的混合液；
(4)对混合液进行减压过滤以及真空干燥后，得到铜锌锡硫。
[0022]本发明中的铜锌锡硫半导体光催化剂，生产方法比较简单，只需要配出合适的原料，溶解在乙二醇溶液中，进行加热反应即可生产出铜锌锡硫半导体光催化剂，对生产环境要求不高。
[0023]本发明生产的铜锌锡 硫化合物能够在自然光照下对环境水体中的有机污染物能够进行光催化降解。
[0024]铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)是一种四元化合物半导体材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地壳中的含量十分丰富，铜锌锡硫不含有稀有金属和有毒元素，更为重要的是其直接带隙宽度在1.5eV左右，与太阳光光谱非常匹配，并且对可见光的吸收系数高达IO4 CnT1数量级。本发明的铜锌锡硫化合物能够在自然光下进行光催化降解，方便了催化剂在化学反应中的使用。
[0025]本实施例也做了试验:首先配制200ml浓度为10ml/L的亚甲基蓝溶液，取40mg铜锌锡硫半导体光催化剂加入亚甲基蓝溶液中，然后在模拟光源氙灯的照射下测试其光催化性能。首先进行30分钟的暗反应阶段，之后加入Iml双氧水，分别在第0、30、60和90分钟取样测得其紫外可见吸收曲线。图5是UV-Vis光吸收曲线峰值相对应的吸光度比值C/Q曲线.(C是当前时间的吸光度，C0是第O分钟的吸光度)
【实施例3】
一种铜锌锡硫化合物的制备方法，包括以下步骤:
(1)将0.4g硝酸铜、0.18g硝酸锌、0.24g硝酸锡和0.30g硫脲均匀混合分散在80ml的乙二醇溶液中，形成前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液放入微波反应发生器进行加热，微波反应发生器的功率为600W，加热温度为180°C~200 ，加热时间为12分钟，加热过程中用磁力搅拌器对溶液进行充分搅拌；
(3)步骤(2)中的溶液冷却后，即得到铜锌锡硫和反应溶液的混合液；
(4)对混合液进行减压过滤以及真空干燥后，得到铜锌锡硫。
[0026]本发明中的铜锌锡硫半导体光催化剂，生产方法比较简单，只需要配出合适的原料，溶解在乙二醇溶液中，进行加热反应即可生产出铜锌锡硫半导体光催化剂，对生产环境要求不高。
[0027]本发明生产的铜锌锡硫化合物能够在自然光照下对环境水体中的有机污染物能够进行光催化降解。
[0028]铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)是一种四元化合物半导体材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地壳中的含量十分丰富，铜锌锡硫不含有稀有金属和有毒元素，更为重要的是其直接带隙宽度在
1.5eV左右，与太阳光光谱非常匹配，并且对可见光的吸收系数高达IO4 CnT1数量级。本发明的铜锌锡硫化合物能够在自然光下进行光催化降解，方便了催化剂在化学反应中的使用。
[0029]本实施例也做了试验:首先取40mg制备的铜锌锡硫半导体光催化剂，配置200ml浓度为10 mg/L的亚甲基蓝溶液，在模拟太阳光源氙灯的照射下，将铜锌锡硫半导体催化剂加入亚甲基蓝溶液，在铜锌锡硫半导体光催化剂的作用下，进行30分钟的暗反应阶段，之后加入Iml双氧水，分别在第0、30、60和90分钟取样测得其紫外可见吸收曲线。图6显示了第0、30、60和90分钟时In(CcZC)与时间t的一次直线拟合曲线。测得铜锌锡硫半导体光催化剂在可见光下对亚甲基蓝溶液的光催化速率常数为K=2.39 h'
【权利要求】
1.铜锌锡硫的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)准备原料，该原料中按重量百分比，含有32%~34%的有机铜化合物、16%~18%的有机锌化合物、21%~23%的有机锡化合物和26%~29%的脲类化合物，将原料中有机铜化合物、有机锌化合物、有机锡化合物、脲类化合物均匀混合分散在60-80ml的乙二醇溶液中，形成前驱体溶液； (2)对前驱体溶液进行加热，加热温度为160°C~200°e，加热时间为8-12分钟，加热过程中对溶液进行充分搅拌； (3)步骤(2)中的溶液冷却后，即得到铜锌锡硫和反应溶液的混合液； (4)对混合液进行减压过滤以及真空干燥后，得到铜锌锡硫半导体光催化剂。
2.根据权利要求1所述的铜锌锡硫的制备方法，其特征在于，步骤(2)中对前驱体溶液的加热采用微波反应发生器进行加热，并使用配套的磁力搅拌器进行搅拌，不仅能够随时调节温度，也能够调节搅拌速度，保证反应的完整性。
3.根据权利要求1所述的铜锌锡硫的制备方法，其特征在于，所述的原料中含有33.4%的有机铜化合物、16.85%的有机锌化合物、21.75%的有机锡化合物和28%的脲类化合物。
4.铜锌锡硫的用途，其特征在于，能够在自然光照下对环境水体中的有机污染物能够进行光催化降解。
【文档编号】B01J27/04GK103613119SQ201310588975
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】周志华, 张平安, 林越来, 李玉兰, 李含冬, 巫江, 王志明 申请人:电子科技大学