[发明专利]一种用于混凝土防腐的四元硫化物半导体材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机半导体材料领域，具体涉及一种用于混凝土防腐的四元硫化物半导体材料及制备方法。

背景技术

硫化物材料是一类公认的优良半导体材料，且这类化合物根据组成和结构的不同，可以在光、电、磁等多方面具有重要的用途。如CuS、ZnS、CdS和Sn_xS_y等硫化物是优良的半导体荧光材料，超细CdS颗粒具有良好的光电性质，在光电材料及太阳能电池方而具有潜在的应用价值，过渡金属硫化物则表现出特异的光电性能，在电致发光、光致发光、传感器、磷光体和红外窗口材料以及光催化等领域使用广泛。AgBiS₂和Cu₃BiS₃等三元硫化物显示出良好的热稳定性，是良好半导体材料，其光学吸收在可见光区域具有潜在的应用价值。同时作为新型催化剂材料，将广泛地应用在催化、抑菌、防腐等领域。

混凝土结构中钢筋被锈蚀成为影响钢筋混凝土耐久性的一项主要因素，每年都造成重大的经济损失，解决钢筋腐蚀问题是当前土木工程领域科技工作者面临的最紧迫的任务之一。其中，T-硫氧化菌、硫杆菌X、噬硅菌造成的生物硫酸腐蚀是其中一种常见的混凝土腐蚀，其具体过程为：环境水体中的有机和无机悬浮物随着水体的流动而逐渐沉积于混凝土结构的表面成为附着物，附着物中的硫酸根离子被硫还原菌还原，生成硫化氢气体。同时，硫化氢气体通过复杂的生物化学反应，氧化生成酸性较强的硫酸，从而降低周围环境的pH值。硫酸溶解释放的氢离子通过扩散进入混凝土的内部，并与混凝土内部的钢筋结构相接触，从而发生混凝土和钢筋的腐蚀，严重威胁着混凝土建筑结构的安全。半导体材料可以作为表面涂层材料，涂覆在混凝土表面起到很好的抑菌作用。由于半导体能够进行“光催化反应”----受到光激发后，产生化学能，利用产生的化学能来进行氧化还原反应。半导体光催化的基本原理是利用半导体作为光催化材料(或与某种氧化剂结合)，在特定波长的光辐射下，在半导体表面产生氧化性极强的空穴或反应性极高的羟基自由基。这些氧化活性离子与有机污染物、病毒、细菌发生接触和复合而产生强烈的破坏作用，导致有机污染物被降解，病毒与细菌被杀灭，从而达到降解环境污染物，抑菌杀菌和防腐的目的。

目前，TiO₂被证明是应用最广泛的光催化剂。但是其瓶颈在于，只有在短波紫外光的照射下Ti0₂才能表现出光催化特性，而紫外光仅占太阳光的3％～4％，其中能被Ti0₂吸收用于光催化反应的也只有其中的30％。因此增强可见光吸收能力，充分有效地利用太阳能资源，已成为目前光催化剂一个前沿的发展方向，而金属硫化物具有很宽的可见光吸收范围。因此，开发新的溶剂热合成路线，探索合成新的硫化物半导体体系是解决上述问题的重要途径之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种用于混凝土防腐的四元硫化物半导体材料及制备方法。具体技术方案如下：

一种用于混凝土防腐的四元硫化物半导体材料，其化学组成式为：Cs₂Ag₂As₂S₅，属于三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数α＝63.28(3)°，β＝82.11(3)°，γ＝87.78(3)°，Z＝2，Dc＝4.293g/cm³，单晶体为黄绿色块状，能隙为2.45eV。

一种所述的四元硫化物半导体材料的制备方法为：以摩尔比分别为1.0-2.0：1.0-2.0：0.5：2.0-3.0的氢氧化铯一水合物、金属银、二元固溶体三硫化二砷和单质硫为原料；以体积比为0.5-1.0：2.0-3.0的乙二胺和聚乙二醇400的混合液为溶剂；将每0.462-0.769克原料加入2.5-4.0mL所述的溶剂中，并在140-160℃环境下反应5-8天，经去离子水和乙醇洗涤后得到四元硫化物半导体材料Cs₂Ag₂As₂S₅。

一种所述的四元硫化物半导体材料的用途，作为用于光催化杀菌的混凝土防腐涂料材料或用于制备光电化学半导体器件或太阳能电池过渡层材料。

本发明操作过程简单方便，原料成本低，反应条件温和等，采用本方法制备的四元硫化物半导体材料，产率可达到60％以上，晶粒尺寸达到微米级以上，且化学纯度较高。半导体材料的能隙分别为2.45eV，在半导体光催化剂方面具有潜在的应用价值。

附图说明