[发明专利]一种硫化锌-硫化锡-二硫化钼多元复合半导体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硫化锌‑硫化锡‑二硫化钼多元复合半导体材料，以L‑色氨酸、乙酸锌和五水四氯化锡为原料，通过第一次水热反应制备锡酸锌，再以硫代乙酰胺为硫源、钼酸铵为钼源经第二次水热反应即可制得；其微观形貌为二硫化钼呈层片状结，硫化锡和硫化锌为纳米颗粒，均匀负载于二硫化钼层片表面。其制备方法包括以下步骤：步骤1，锡酸锌Zn₂SnO₄的制备；步骤2，硫化锌‑硫化锡‑二硫化钼多元复合半导体材料的制备。作为降解亚甲基蓝的应用，光催化降解浓度为10 mg/L的亚甲基蓝时，在60 min内亚甲基蓝的降解率达到90.6‑98.7%，其降解速率为0.0366‑0.0994 min^‑1。作为降解罗丹明B的应用，光催化降解浓度为10 mg/L的罗丹明B时，在100 min内罗丹明B的降解率达到99.5%。

技术领域

本发明属于环境材料制备技术领域，具体涉及一种硫化锌-硫化锡-二硫化钼多元复合半导体材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球工业的迅速发展、生态环境不断恶化，研发利用太阳能高效降解工业废水中有机染料的材料已成为当前研究的热点；半到目前为止，通过研究人员的努力，开发了各种用于水污染修复的光催化剂，如金属氧化物、金属硫化物、层状双金属氧化物等。不幸的是，它们中的大多数催化剂仅在紫外线照射下才有活性，其中一些在窄范围内吸收可见光。而其他吸收可见光的光催化反应过程则不太稳定：例如，在 CdS 中会发生光腐蚀。具有高稳定性、相对巨大的生产力和对光催化反应良好的活性的光催化剂仍在寻找中。从实验和理论的角度寻找一种新的高效光催化剂仍然是一项艰巨的任务。

对于光催化剂来说，提高光催化性能的主要思路是：提高光能利用效率、加快电子传输速度及抑制光生载流子的复合。其中，MoS₂由于其独特的光电特性和可见光吸收性而受到关注，并已被用于二氧化碳减排和废水处理。MoS₂ 表现出独特的二维（2D）层状结构，在边缘具有活性位点，易于分散而备受关注，但由于光腐蚀和光生电子空穴快速复合导致光生载流子迁移率很低等问题，表现出较差的催化性能。为了提高MoS₂的性能，例如二元/三元层状异质结的形成、掺杂、浸渍和表面改性等各种方法都被用来阻碍其活性电荷载流子的复合。

针对载流子迁移率较低的问题，将具有调谐带隙作用的半导体与MoS₂复合，缩短材料带隙，提高太阳光利用率。

例如，现有文献1（《Enhanced Sunlight-Driven Photocatalytic andAntibacterial Activities of Flower-Like ZnO@MoS₂ Nanocomposite》doi: 10.1007/s11051-019-4710-3），Srikanta Karmakar等人通过钼酸钠作为钼源，使用硫代乙酰胺作为硫源进行硫化，实现MoS₂纳米材料的制备，2 h内MoS₂对亚甲基蓝的光催化降解率达到40 %。该技术存在的技术问题是，降解率过低，远无法满足应用要求。

为了提高降解率，可以采用光生电子空穴快速复合技术，通过形成具有不同作用的多组分异质结构吸收光子和消耗电子-空穴对，以抑制光生载流子的快速复合。调整带隙能量，与能带位置合适的半导体材料进行搭配，使光生电子可以被及时导走，抑制MoS₂的电子-空穴对复合效应。相较于传统材料，一维纳米材料具有更高的比表面积和更高的化学活性，制备纳米级光催化材料同样是当前提高光催化效率的有效方式之一。