一种异质结光催化剂及其制备方法与流程

本发明所属技术领域为光催化、光电化学材料技术领域，特别涉及二硫化锡异质结光催化剂开发及制备方法。

背景技术：

sns2作为一种具有良好光电性的半导体材料，其直接禁带宽度为1.91～2.4ev，而且二维层状的sns2具有光学性质各向异性和优越的化学稳定性。二维sns2纳米片因其层间距比较大且有晶格空位，sns2还被用作光催化剂，分解有机污染物或废水中的重金属离子等，主要是因为高吸光性、无毒、抗氧化性与化学稳定性高。虽然具有窄带隙能的sns2可以高效利用可见光，光催化活性高，被视为一种极具应用潜力的光催化剂；但是，sns2的光催化活性依然不够高，且自身易发生分解。另外，光催化反应后，sns2的再次重复收集比较困难。构建含有sns2的异质结复合半导体材料，是一种有效提高sns2光催化活性的途径，便于解决其重复使用性的问题。

硫化银是一种窄带隙的直接半导体，而且其带隙值约为0.9～1.1ev，吸光系数特别高，被应用于太阳能电池、光电导元件、光电设备的光敏薄膜、光敏涂料和红外探测器等。特别地，ag2s因其带隙比较窄而具有非常宽的吸收光谱，使其成为一种高效的半导体光催化剂材料。所以本专利中将ag2s作为助催化剂与sns2构建异质结催化剂，以提高sns2的光催化活性及稳定性。希望其突出的性能可以在光催化领域有实际的应用，有效解决现在社会环境污染问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种ag2s/sns2异质结光催化剂及其制备方法，该方法操作简便、条件温和、产率高，所制备的sns2超薄纳米片具有很高的光催化活性。

具体步骤为：

(1)将0.1～10mmol四氯化锡和0.2～20mmol硫源加入到40ml的蒸馏水中，四氯化锡：硫源摩尔比为1：2，混合均匀后加入到容积为50ml的聚四氟乙烯反应釜中,110～180℃条件下反应0.5～5天，自然冷却至室温后分别用蒸馏水和无水乙醇各离心清洗2～3次，60℃真空干燥，得到sns2纳米片；

(2)将步骤(1)合成的制的0.5gsns2纳米片，投入500ml的烧杯中，量取300ml蒸馏水加入烧杯中，超声分散3小时，形成均匀的黄色分散液；随后量取0.01mol/l的na2s溶液1～10ml加入烧杯中，搅拌10分钟后，再量取0.1mol/l的银盐溶液0.3～20ml，慢慢地逐滴加入烧杯中，30分钟滴加完，仍然搅拌3小时，最后30℃恒温2小时，得到褐色沉淀物，即为ag2s/sns2异质结光催化剂。；

所述硫源为硫代乙酰胺(taa)、硫粉、硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫脲和硫代硫酸钠中的一种。

所述的银盐为硝酸银、硫酸银、醋酸银、氟化银、苯甲酸银中的一种

所述化学试剂纯度均为化学纯以上纯度。

本发明ag2s/sns2复合物展示出了优异的吸光性能和很强的光电化学响应，光生电流密度为是纯sns2的2倍；同时其光催化活性显著增强，尤其是，ag2s(8wt％)/sns2复合物样品光催化降解甲基橙平均速度0.0440mg/min，20min甲基橙分解率达到99.9％。经过5次循环重复稳定性实验后，仍然保持很高的活性，具有很强的稳定性。因此，ag2s/sns2作为一种可见光响应材料，在环境污染如降解染料、光催化处理污水，太阳能电池等方面具有很大的应用潜能。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的不同组成粉末xrd谱。

图2为本发明实施例1制备(a,b)sns2纳米片的tem图，(c,d)ag2s/sns2复合物的tem图。

图3为本发明实施例1制备的sns2纳米片、ag2s和ag2s/sns2复合物的光生电流曲线。。

图4为本发明实施例1制备的(a)不同粉末样品光催化降解甲基橙，(b)样品粉末光催化降解甲基橙的动力学线性拟合曲线。

具体实施方式

实施例1：

(1)将4mmol四氯化锡和8mmol硫代乙酰胺加入到40ml的蒸馏水中，，混合均匀后加入到容积为50ml的聚四氟乙烯反应釜中,180℃条件下反应24小时，自然冷却至室温后分别用蒸馏水和无水乙醇各离心清洗2～3次，60℃真空干燥，得到sns2纳米片；

(2)将步骤(1)合成的制的0.5gsns2纳米片，投入500ml的烧杯中，量取300ml蒸馏水加入烧杯中，超声分散3小时，形成均匀的黄色分散液；随后量取0.01mol/l的na2s溶液3ml加入烧杯中，搅拌10分钟后，再量取0.1mol/l的硝酸银溶液4ml，慢慢地逐滴加入烧杯中，30分钟滴加完，仍然搅拌3小时，最后30℃恒温2小时，得到褐色沉淀物，即为ag2s/sns2异质结光催化剂。

所制备的sns2薄纳米片分散液，通过旋涂法在ito表面做成光电极，制备电极作为工作电极(面积为1cm²)，辅助电极为铂电极，饱和甘汞电极(sce)作为参比电极，0.5mol/lna2so4为支持电解质溶液，在太阳光模拟器(一个太阳的光强)下测试光电化学性能，从图3可以看出ag2s/sns2异质结的光电流高于sns2、ag2s的光电流。

实施例2：

(1)将2mmol四氯化锡和4mmol硫化钠加入到40ml的蒸馏水中，，混合均匀后加入到容积为50ml的聚四氟乙烯反应釜中,180℃条件下反应24小时，自然冷却至室温后分别用蒸馏水和无水乙醇各离心清洗2～3次，60℃真空干燥，得到sns2纳米片；

(2)将步骤(1)合成的制的0.5gsns2纳米片，投入500ml的烧杯中，量取300ml蒸馏水加入烧杯中，超声分散3小时，形成均匀的黄色分散液；随后量取0.01mol/l的na2s溶液3ml加入烧杯中，搅拌10分钟后，再量取0.1mol/l的醋酸银溶液1ml，慢慢地逐滴加入烧杯中，30分钟滴加完，仍然搅拌3小时，最后30℃恒温2小时，得到褐色沉淀物，即为ag2s/sns2异质结光催化剂。

实施例3：

(1)将10mmol四氯化锡和20mmol硫脲加入到40ml的蒸馏水中，，混合均匀后加入到容积为50ml的聚四氟乙烯反应釜中,180℃条件下反应24小时，自然冷却至室温后分别用蒸馏水和无水乙醇各离心清洗2～3次，60℃真空干燥，得到sns2纳米片；

(2)将步骤(1)合成的制的0.5gsns2纳米片，投入500ml的烧杯中，量取300ml蒸馏水加入烧杯中，超声分散3小时，形成均匀的黄色分散液；随后量取0.01mol/l的na2s溶液3ml加入烧杯中，搅拌10分钟后，再量取0.1mol/l的苯甲酸银银溶液4ml，慢慢地逐滴加入烧杯中，30分钟滴加完，仍然搅拌3小时，最后30℃恒温2小时，得到褐色沉淀物，即为ag2s/sns2异质结光催化剂。

以上实施例所述化学试剂纯度均为化学纯。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种Ag2S/SnS2异质结光催化剂及其制备方法。首先通过水热法合成SnS2纳米片，再在含有SnS2纳米片的水溶液中加入银离子，使其与二硫化锡发生离子交换反应，得到Ag2S/SnS2异质结复合光催化剂。Ag2S纳米颗粒与SnS2纳米片的结合明显地增强了它们的光电性能与光催化性能，Ag2S(8wt％)/SnS2复合物，光生电密度是的SnS22倍。异质结光催化降解甲基橙的活性显然优于Ag2S和SnS2纳米片。该方法操作简便、条件温和、产率高，所制备的SnS2超薄纳米片具有很高的光催化活性。

技术研发人员：刘勇平;耿鹏;吕慧丹;王吉祥;林剑飞
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2017.04.16
技术公布日：2017.08.11