[发明专利]树枝状硫化镉超细纳米棒等级结构材料在催化产氢中的应用

说明书

本发明申请是母案申请“树枝状硫化镉超细纳米棒等级结构材料及其制备方法”的分案申请，母案申请的申请号为2014100084473，申请日为2014年1月2日。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料技术领域，更加具体地说，涉及关于树枝状硫化镉超细纳米棒等级结构材料及其制备方法。

背景技术

化石能源短缺和环境污染问题是当前人类所面临的重大挑战。氢能被认为是未来能源结构中最具有发展潜力的清洁能源之一。传统的制氢方法需要消耗巨大的常规能源，使制氢成本大大提高，极大限制了氢能的发展和推广应用。如果能够有效利用太阳能进行光解水制氢，就可以大力促进氢能的发展，有可能从根本上解决人类面临的能源短缺和环境问题。

1972年日本学者Fujishima和Hondo发现光照TiO₂可催化分解水制氢，开启了半导体光催化制氢的新纪元。半导体是一种导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，在光催化分解水上有很大的应用。近些年，II-VI半导体材料可被用作光电材料、传感器材料等，因而受到了广泛的关注。硫化镉作为这类半导体材料中的一员，同传统的TiO₂、ZnO等金属氧化物宽禁带半导体光催化剂相比，它因具有合适的带隙以及适合的价带和导带位置而被认为是优良的可见光催化剂。随着纳米技术的不断发展，各种形貌的硫化镉不断被合成出来，而树枝状的硫化镉报道的相对比较少，而且目前报道的合成树枝状硫化镉的方法主要是通过加入镉盐、硫脲以及一种修饰剂，采用一步水热法来合成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本、低能耗、工艺简单的制备树枝状硫化镉超细纳米棒等级结构的方法，最终生成的纳米等级结构两组分的摩尔比基本达到等摩尔比例。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

树枝状硫化镉超细纳米棒等级结构材料及其制备方法，按照下述步骤进行制备：

步骤1，将硝酸锌和硫脲置于由乙二胺和水组成的混合溶剂中，其中所述硝酸锌和硫脲的摩尔比为1：(1—1.2)，所述乙二胺和水的体积比为(3—4)：1，待混合均匀后进行密封，在150—200℃下反应8—10h，优选180—200℃下进行反应，得到硫化锌杂化纳米片；

步骤2，将步骤1制备的硫化锌杂化纳米片分散在乙二胺中后，再加入水进行二次分散，然后加入氯化镉，待混合均匀后进行密封，在120—200℃下反应3-6小时，优选150—180℃下反应4-5小时，其中所述氯化镉中元素镉与步骤1中使用的硫脲中元素硫的摩尔比为等摩尔比。

在本发明的技术方案中，待步骤2反应结束后，倒去上层清液，收集黄色沉淀物，用乙醇和水离心洗涤4-6次，最后置于40℃真空干燥箱干燥12小时，得到硫化镉纳米等级结构材料。

依据上述方法制备的树枝状硫化镉超细纳米棒等级结构材料的长度在80—150纳米，直径为8—15纳米。

本发明中所用的化学试剂均为分析纯，利用高压反应釜作为步骤1和步骤2使用的反应容器，一般采用以聚四氟乙烯为内衬的反应釜。

所述的树枝状硫化镉超细纳米棒等级结构材料在催化产氢中的应用，其中使用由水、无水乙醇和三乙胺组成的反应溶液，所述水、无水乙醇和三乙胺的体积比为15：15：2。

本发明的硫化镉超细纳米等级结构材料的制备方法技术方案采用的是两步水热法，具有成本低、合成温度低、产物纯度高、比表面大、产氢性能好等优点。本发明的技术方案从杂化纳米片出发，通过离子交换法来合成树枝状的硫化镉超细纳米棒等级结构材料，在光催化分解水上具有非常优异的性能。

附图说明

图1是步骤1制备的硫化锌杂化纳米片的SEM照片。

图2是通过本发明制备的硫化镉纳米棒等级结构材料的SEM照片。

图3是通过本发明制备的硫化镉纳米棒等级结构材料的TEM照片。

图4是步骤1制备的硫化锌杂化纳米片的X射线衍射图。

图5是通过本发明制备的硫化镉纳米棒等级结构材料与硫化镉纳米颗粒的紫外-可见光对比图，其中1为本发明所制备的硫化镉；2为参照文献制备的硫化镉颗粒。

图6是5毫克的样品产氢量与光照时间的关系图，其中1为本发明所制备的硫化镉；2为参照文献制备的硫化镉颗粒。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

1.原料：分析纯乙二胺、硫脲、六水合硝酸锌、五水化硫化镉。