[发明专利]多元金属硫化物/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种多元金属硫化物/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法，包括步骤：将两种或两种以上金属二乙基二硫代胺基甲酸盐作为硫化物前驱体分散于含有表面活性剂的溶液中，与氧化石墨烯的分散液混合，进行共热分解，一步制得多元金属硫化物/石墨烯复合纳米材料。本发明提供的方法过程简单、产率高，多元金属硫化物的组成、形貌及尺寸可控，且与石墨烯膜结合紧密。所制备的不同维度的多元金属硫化物均匀分散在二维石墨烯膜上，经改性后可直接用于可见光分解水产氢和降解水中污染物的用途，具有高效、高循环稳定性，有很好的应用前景和经济效益。

技术领域

本发明涉及半导体光催化剂领域，具体涉及多元金属硫化物/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，光催化技术受到广泛关注，而开发高效可见光催化剂是光催化技术的核心问题。近年来，具有可见光催化活性的多元金属硫化物成为光催化领域研究的热点。但是多元金属硫化物可见光催化剂仍然存在光生电子和空穴复合率高，催化活性低的缺点。石墨烯(graphene)是一种由sp2杂化的碳原子以六边形排列形成的周期性蜂窝状二维纳米材料，具有高比表面积和优异的导电性。研究人员己经发现，石墨烯作为载体可以为光催化剂提供一些新的性质，如提高染料吸附量、拓宽光吸收范围、增强载流子传输能力等。由于石墨烯大多以氧化石墨烯为前驱体，而鉴于氧化石墨烯良好亲水性，合成石墨烯基复合材料大多采用水热法。如：国家纳米中心的宫建茹等[Li Q,Guo B,Yu J,Ran J,Zhang B,Yan H,Gong J.R.Highly efficient visible-light-driven photocatalytic hydrogenproduction of CdS-cluster-decorated graphene nanosheets.J.Am.Chem.Soc.,2011,133,10878-10884.]利用溶剂热法制备了石墨烯/CdS复合物作为可见光催化剂。之后他们又报道了[Zhang J,Yu J，Jaroniec M，Gong J.R.Noble metal-free reduced grapheneoxide-Zn_xCd_1–xS nanocomposite with enhanced solar photocatalytic H₂-productionperformance.Nano Lett.,2012,12,4584-4589.]利用共沉淀-水热还原的策略合成石墨烯负载的Zn_xCd_1–xS固溶体光催化剂。用这些制备方法合成的金属硫化物大多是无规则的颗粒，当与二维石墨烯形成复合结构时，之间的界面不够紧密或界面较小，不利于光生电子的传输和转移。

发明内容

本发明是针对现有合成方法的不足而进行的，目的在于提供一种多元金属硫化物/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法，在纳米尺度上对可见光催化剂进行功能化可控设计，使多元硫化物与石墨烯的紧密结合及界面最大化，实现催化剂内对光生电荷的高效传输和利用。

根据本发明的多元金属硫化物/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法，包括步骤：将两种或两种以上金属二乙基二硫代胺基甲酸盐作为硫化物前驱体分散于含有表面活性剂的溶液中，与氧化石墨烯的分散液混合，进行共热分解，一步制得多元金属硫化物/石墨烯复合纳米材料。

优选情况下，所述硫化物前驱体中的金属元素包括锰Mn、铁Fe、钴Co、镍Ni、铜Cu、锌Zn、镓Ga、锗Ge、银Ag、镉Cd、铟In、锡Sn、锑Sb、铅Pb、铋Bi中的任意一种。

优选情况下，所述表面活性剂包括烷基胺、烷基酸、烷基醇和烷基硫醇中的一种或者多种的组合。更优选情况下，所述表面活性剂为油胺、十二胺、十八胺、油酸、十八烯、十二硫醇中的一种或多种。

优选情况下，氧化石墨烯的分散溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺和吡啶中的一种或多种。