[发明专利]一种硫化镉-硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硫化镉‑硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料及其制备方法，属于无机光电材料领域的技术。该方法首先在预处理后的FTO导电玻璃上水热生长硫化镉纳米棒阵列，然后通过溶剂热法在硫化镉表面外延生长硫铟锌纳米片，形成硫化镉‑硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料。通过控制铟源和锌源前驱体，在硫化镉纳米棒表面生长不同形貌的硫铟锌。本发明方法简单易行，重复性好，生长的硫化镉纳米棒阵列排列整齐均匀。硫化镉‑硫铟锌异质结的形成增加了活性位点，加速光生载流子的分离，进而提高硫化镉纳米阵列材料的光电性能和稳定性，可用于光电催化领域。

技术领域

本发明属于无机光电材料技术领域，具体涉及一种硫化镉-硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料及其制备方法。

技术背景

半导体光电催化技术的开发和应用，通过将太阳能转化为化学燃料，对于解决全球能源短缺和环境污染问题，具有重要意义。硫化镉是一种可见光响应光催化剂，带隙为2.4 eV，对短于516nm的可见光具有良好的吸收。另外硫化镉具有良好的载流子传输能力，可以使光生电子和空穴及时有效地移动，延长光生载流子的寿命，产生较高的光催化活性，是各种太阳能光催化剂中最突出的半导体光电催化剂之一。然而，硫化镉中光生空穴引起S^2-的自氧化，导致严重的光腐蚀和不良的稳定性，使用窄带隙半导体构造异质结被认为增强硫化镉的光电性能的最有效方法之一。

硫铟锌具有可调带隙（2.06-2.85eV）结构，是典型的可见光响应光催化剂，具有毒性小、易于制备的优点，特别是在光催化过程中表现出较强的稳定性。除此之外，硫铟锌的能级结构与硫化镉很好的匹配，其价带和导带均比硫化镉更高，可形成II型异质结，促进光生空穴从硫化镉到硫铟锌的转移，在加快光生载流子分离提高光电性能的同时，还能作为保护层有效抑制硫化镉的光腐蚀。

在先技术，Chen（Wei Chen, Rui-Qiang Yan, Gui-Hua Chen, et al. CeramicsInternational, 2019, 45, 1803-1811）等人制备了硫化镉纳米纤维复合螺旋状硫铟锌材料，具体方法是将醋酸镉溶解于乙二胺溶液中，移至水热釜，在180℃下水热反应12h，得到硫化镉纳米纤维；将得到的硫化镉纳米纤维溶解于乙酸锌、硝酸铟和还原半胱氨酸的混合溶液中，移至水热釜，在180℃下水热反应12h，得到硫化镉纳米纤维复合螺旋状硫铟锌材料。但是，先技术采用180℃恒定温度的水热反应，未添加形貌调控剂，使晶粒的成核与生长过程发生在同一温度和压力下，得到径向尺寸约70nm，长约5μm的硫化镉纳米纤维，结晶性较差，且CdS未能定向生长在导电基质上，无法保证材料的整体电子定向迁移，载流子的分离效率不高，光电转换效率不理想。此外，该方法制备的产品是粉末状，不利于材料在光催化反应后的回收与二次应用，而且制备周期长，能源消耗大，偏离绿色化学理念。在先技术，公开号CN103861620 A的“一种碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法”，该专利中，首先通过微波辅助水热制备碳量子点复合六方相硫铟锌；然后利用强还原剂还原贵金属前驱体，将贵金属负载于该复合材料上，得到碳量子点、贵金属和硫铟锌复合光催化剂。然而，该方法使用贵金属制备成本高，经济效益低，不利于工业化生产；且该方法制得的产品仅利用硫铟锌的光生电子还原水产氢，其光生空穴利用率不高，产品经济性不高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种硫化镉-硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料的制备方法。在硫化镉纳米棒表面外延生长硫铟锌纳米片状结构，形成二维包覆一维的II型异质结构有序阵列，有利于光生电子的快速转移，减少光生空穴对硫化镉的光腐蚀，增强复合材料的光稳定性。此外，硫铟锌的片状结构含有丰富的活性位点，进一步增强复合材料的光电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硫化镉-硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料的制备方法，包括以下步骤：