[发明专利]一种暴露高能(001)晶面超薄CdS纳米带的制备方法

说明书

本发明公开了一种暴露(001)晶面的超薄CdS纳米带的制备方法，制备过程如下：(1)将无机镉盐，去离子水，二亚乙基三胺和硫粉混均，在搅拌下进行溶剂热反应；得溶剂热产物；(2)将溶剂热产物分散于去离子水中，超声剥离，制得暴露(001)晶面的超薄CdS纳米带。本发明具有如下技术效果：1.制备出CdS纳米带主要暴露(001)高能晶面，具有电子定向传输且传输速率快、特殊的光学性能等特点；2.CdS纳米带厚度很薄，可增大了比表面积，大大缩短了光生电荷传输到催化剂表面的迁移距离，有效抑制了光生电子和空穴对发生体相复合几率；3.在波长大于420nm可见光辐照下，并不负载任何助催化剂的情况下，CdS纳米带的产氢效率高达59.7mmol/h/g催化剂，并且光照50h，催化活性无明显降低；4.本发明具有操作简单、反应温度低、重复性好等优点。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种暴露高能(001)晶面超薄CdS纳米带的制备方法。

背景技术

CdS是一种禁带宽度窄、具有优异的可见光响应特性的半导体光催化材料，具有六方纤锌矿和立方闪锌矿两种晶体结构。由于其独特的光学、电学及催化特性，被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、激光器以及催化领域。

自2001年王中林教授报道ZnO纳米带以来，一维纳米带材料由于具有电子定向传输、较大的纵横比及各向异性等特性，被广泛关注。目前CdS纳米带的制备方法常用化学气相沉积法(Nanotechnology,2011,22(13):135702；Advanced Materials,2010,22(29):3161-3165；ACS nano,2012,6(6):5283-5290)，该方法反应温度高，制备出的CdS纳米带厚度较厚约为30-200nm,宽度为数百纳米不等，长约几微米。CdS纳米带厚度、宽度过大，一方面导致催化材料的比表面积较小，另一方面将会增大光生电荷体相传输距离，增加光生电荷复合几率。这两方面都制约了CdS纳米带光催化效率的提升。

光催化材料的活性除了与晶体结构、尺寸、形貌等有关，还与晶体的表面性质有关。自2008年Yang等人成功制备出TiO₂暴露高能(001)晶面以来，可控合成暴露特定晶面的半导体材料引起了众研究学者的兴趣。一般来说，根据总表面能最底优化原则，具有高表面能晶面在晶体生长过程中越易消失。因此，制备暴露高活性晶面的半导体材料仍然是一大挑战。(001)晶面是六方纤锌矿CdS半导体各晶面中表面能最高的(Nanotechnology,2008,19:225601)。目前，已有报道采用水热法合成出暴露(001)晶面的CdS纳米树叶结构(Journal of Materials Chemistry,2012,22(45):23815-23820.)、由纳米片组成的花状结构(Materials Research Bulletin,2012,47(11):3070-3077.)和采用回流法制备CdS纳米片(CN 104085915 B)。该些合成方法，反应温度均高于180℃，较高的反应温度，对设备要求高、增加能耗，不利于大规模工业化生产。因此如何在低温下制备厚度薄、暴露高能(001)晶面的CdS纳米带仍是一个大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过程简单，可得到厚度薄、主要暴露(001)高能晶面CdS纳米带的制备方法。

本发明的技术方案是：一种暴露(001)晶面的超薄CdS纳米带的制备方法，制备过程如下：

(1)将无机镉盐，去离子水，二亚乙基三胺和硫粉混均，所述无机镉盐与二亚乙基三胺物质的量之比为1：100～600，去离子水与二亚乙基三胺物质的量之比为1：200～1000，硫粉与二亚乙基三胺物质的量之比为1：30～200；在搅拌下进行溶剂热反应；得溶剂热产物；

(2)将溶剂热产物分散于去离子水中，超声剥离，制得暴露(001)晶面的超薄CdS纳米带。