[发明专利]铜锌锡硫纳米晶粉末光催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及一种铜锌锡硫纳米晶粉末的制备，本发明还涉及一种该铜锌锡硫粉末在光催化降解有机污染物方面的应用。 

背景技术

随着全球工业化进程的不断发展，环境污染问题日益严重，环境问题己成为21世纪影响人类生存与发展的重要问题。光催化以其可直接利用太阳能作为驱动反应等独特性能，成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。光催化反应是利用光能进行物质转化的一种方式，是物质在光和催化剂同时作用下所进行的氧化还原反应。光催化氧化技术被认为是解决环境污染问题的最有应用前景的技术之一，已成为环境领域的研究热点。

二氧化钛由于具有化学性质稳定、抗光腐蚀、无毒和低成本等优点，在光催化领域已取得了相当的成果。然而，二氧化钛是宽禁带（锐钛矿相带隙=3.2电子伏，金红石相带隙=3.0电子伏）半导体化合物，只有波长较短的紫外光（λ＜387纳米)才能被吸收，太阳能利用率很低。在此背景下，开发可见光响应的高效、廉价、稳定的新型光催化剂成为目前光催化研究领域最为核心的问题。

专利申请《一种铜锌锡硫纳米粉末材料的制备方法》（申请号201210333109.8，公布号CN102826595A，公布日2012.12.19）公开了一种制备铜锌锡硫纳米粉末的方法，将铜、锌和锡的化合物按铜、锌和锡的摩尔比加入烷基醇胺或聚醇中，在惰性气体保护条件下搅拌、加热，使铜、锌和锡的化合物完全溶解，得到反应体系A；将单质硫加入到另一份烷基醇胺或聚醇中，加热溶解，得反应体系B；混合反应体系A和反应体系B，加热、回流，冷却后，经离心、洗涤和干燥，制得铜锌锡硫纳米粉末。但该制备方法需要制备多个反应体系，并且需要回流等多个反应过程，操作相对较为繁杂。专利申请《铜锌锡硫化物的制备》（申请号201080053170.6，公布号CN102639442A，公布日2012.08.15）公开了一种固相法制备铜锌锡硫粉末的方法，该方法虽然采用一步法直接加热固相混合物生成铜锌锡硫粉末，但是反应温度高达1000℃，反应时间较长，对能源消耗较大。 

发明内容

为此，本发明提供了一种原材料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉的光催化剂的制备方法，能够制得可见光响应高效稳定、环境友好的铜锌锡硫纳米晶粉末光催化剂。

本发明的另一个目的在于该铜锌锡硫粉末的光催化降解有机污染物的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种铜锌锡硫纳米晶粉末光催化剂的制备方法，该制备方法具体按以下步骤进行：

步骤1：取氯化铜、醋酸铜或硝酸铜；

取氯化锌、醋酸锌或硝酸锌；

取氯化亚锡或四氯化锡；

取硫脲或硫代乙酰胺；

然后按铜︰锌︰锡︰硫的摩尔比2︰1︰1～1.1︰4～8将所取的各组分原料溶解于溶剂中，搅拌得到浅黄色的铜锌锡硫前驱体；

步骤2：将铜锌锡硫前驱体置于氮气气氛或氩气气氛中进行退火，退火过程中维持气体流量不变；

步骤3：将烧结产物依次在无水乙醇和去离子水中洗涤后，离心，烘干，充分研磨，制得铜锌锡硫晶粉末光催化剂。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述制备方法制得的铜锌锡硫纳米晶粉末用作光催化剂降解有机污染物的应用。

本发明制备方法按铜、锌、锡和硫的摩尔比，将原料溶解于溶剂中，制得铜锌锡硫前驱体溶胶，然后将该溶胶在惰性气体保护下退火，冷却后研磨、洗涤，最终制得铜锌锡硫晶粉末光催化剂。具有制备简单、产率高的优点。该光催化剂在可见光照射下，通过降解甲基橙溶液来测试其光催化性能。

附图说明

图1是实施例1制得的铜锌锡硫晶粉末的XRD谱图。

图2是实施例1制得的铜锌锡硫晶粉末的拉曼光谱图。

图3是实施例1制备的铜锌锡硫晶粉末的TEM图。

图4是实施例1制备的铜锌锡硫晶粉末的HR-TEM（高分辨率透射电子显微镜）图。

图5是实施例1制备的铜锌锡硫晶粉末的EDX（能量色散X射线光谱）图。

图6是实施例1制备的铜锌锡硫晶粉末的SADE（选区电子衍射）图。

图7是实施例1制备的铜锌锡硫粉末的紫外-可见吸收谱图。

图8是实施例1制备的铜锌锡硫粉末在可见光照射下的光催化降解甲基橙与光照时间的关系图，纵坐标为光照后甲基橙的浓度与初始甲基橙浓度的比值。

图9是重复利用铜锌锡硫粉末降解甲基橙，测试铜锌锡硫粉末的光催化稳定性。

具体实施方式