[发明专利]一种特殊形貌的混合晶相异质结纳米硫化镉的制备方法

说明书

本发明涉及一种特殊形貌混合晶相异质结纳米硫化镉的制备方法。该方法包括采用溶剂热法制备前驱体氢氧化镉，经过焙烧获得纳米氧化镉；然后，采用水热法，将制备的纳米氧化镉进行硫化处理，合成立方‑六方混合晶相的纳米硫化镉，产物经洗涤、干燥，得到混合晶相异质结纳米硫化镉；形貌特征为：粒径20～50nm的硫化镉纳米颗粒和长度为60～120nm、直径为10～25nm的硫化镉纳米棒。所得产品用作降解重铬酸钾溶液的光催化剂，具有优异的光催化降解性能。

技术领域

本发明涉及一种高催化性能的特殊形貌混合晶相异质结纳米硫化镉的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

近年来，由于异质结光催化剂在光解水制氢和有机污染物的降解过程中表现出的良好的催化性质而备受关注。最近，人们发现了一种新型的异质结，即由一种半导体材料的两种不同晶相形成的混合相异质结。这种特殊的异质结结构可促使光激发产生的电子和空穴按照人们希望的方向有效传输，促进电荷分离并延长载流子的寿命，因而表现出优异的光催化性能。

硫化镉是一种重要的II-VI半导体材料，具有较低的直接带隙(～2.42eV),广泛应用在太阳能电池、光催化剂、光电导体、金属-半导体场效晶体管和DNA测序等领域。通常情况下，硫化镉存在两种不同的晶体结构：立方闪锌矿和六方纤锌矿。据文献报道，一定条件下，立方闪锌矿和六方纤锌矿之间可相互转化。通常情况下，硫化镉中，镉和硫的排列方式不同会形成两种不同的晶相，当外界条件适合的情况下，会同时出现立方相和六方相共存于硫化镉晶体中的现象，即形成混合晶相异质结，这种独特的内在结构有利于光激发产生的电子-空穴的分离，进而提高其光催化性质。因此，制备立方闪锌矿和六方纤锌矿共存的CdS混合晶相的研究成为人们关注的焦点。

Deka K.等采用共沉淀法，将氯化镉和硫化钠分别按照1:1摩尔比配制溶液，混合后，加入一定量的2-巯基乙醇作为包覆试剂，静置48h。将获得的沉淀物经过洗涤、干燥，制得立方-六方混合相硫化镉纳米颗粒，平均粒径6～7nm。参见Chem.Phys.Lett.2016,652,11–15。但未做任何性质测试。Li K.等采用水热法，在反应温度180～240℃，通过调节硝酸镉和硫脲的比例，合成了六方相为核、立方相为壳的同轴硫化镉异质结纳米棒。该核壳结构的硫化镉异质结纳米棒的稳定性和对光解水制氢的催化性能均明显优于纯六方相硫化镉纳米棒。参见Adv.Mater.2016,28,8906–8911。

综上所述，纳米硫化镉异质结的性质与其制备方法以及材料的形貌和尺寸密切相关。从现有技术来看，制备过程中，有的需要添加有机包覆试剂；有的合成步骤繁琐；有的合成产物的催化效率不理想。研究也发现，纳米硫化镉异质结的粒径越小，表面能越高，越容易团聚，其催化性质则越低。这些存在的问题严重制约了其广泛的应用。因此，如何使用简单的制备方法获得高催化性能的混合相纳米硫化镉异质结仍是现有技术的一个亟待克服的难题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种用于光催化降解重铬酸钾溶液的特殊形貌的混合晶相纳米硫化镉异质结的制备方法。该方法可简捷的获得混合晶相纳米硫化镉异质结。

发明概述：

本发明制备纳米硫化镉的方法，主要包括两部分：首先，采用溶剂热法制备前驱体氢氧化镉，经过焙烧获得纳米氧化镉；然后，采用水热法，将制备的纳米氧化镉进行硫化处理，合成立方-六方混合晶相的纳米硫化镉，产物为纳米颗粒和纳米棒两种形貌特征。经过实验验证，本发明的立方-六方混合晶相异质结纳米硫化镉对重铬酸钾溶液具有优异的光催化降解性能。

术语说明：

室温：本发明所述的室温具有本领域公知的含义，一般是指20～25℃。

发明详述：

本发明的技术方案如下：

一种特殊形貌混合晶相异质结纳米硫化镉的制备方法，包括步骤如下：