[发明专利]SnS2/g-C3N4复合纳米片光催化剂及制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可见光催化剂及制备方法。

背景技术：

随着城市工业的快速发展，由工业废水任意排放而引起的水污染问题日益加剧，严重的威胁着人们的生活环境与身体健康。半导体光催化技术的出现为解决水污染问题提供了一条绿色的崭新途径。利用太阳光这一天然能源，半导体光催化剂可以有效的矿化降解污水中的有机污染物、还原污水中重金属离子以及杀灭污水中的细菌。然而，对于TiO₂，ZnO等传统的半导体光催化剂而言，其带隙较宽且吸收的阈值波长小于～390nm，只能利用太阳光能中4%左右的紫外光部分，大大地限制了这些光催化剂的光催化效率。因此，为了更有效的利用太阳光能中的可见光区域，具有光催化性能的窄带隙半导体材料引起了研究人员的广泛关注。作为一种不含金属元素的半导体材料，类石墨结构的氮碳化合物（g-C₃N₄）纳米片因具有带隙宽度窄（～2.7eV）、化学稳定性与热稳定性高、成本低廉、环境友好以及制备工艺简单等特点，而使其成为了目前光催化领域研究的新宠。然而其自身的光量子效率还有待于进一步提高。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种光催化效率高的窄带隙半导体SnS₂/g-C₃N₄复合纳米片光催化剂及制备方法。

本发明的SnS₂/g-C₃N₄复合纳米片光催化剂是由SnS₂纳米片与g-C₃N₄纳米片两个片层材料构筑的SnS₂/g-C₃N₄复合纳米片，利用复合纳米片异质结的光协同效应减少光生载流子的复合几率，从而提高光催化剂降解有机染料的性能。

上述SnS₂/g-C₃N₄复合纳米片光催化剂的制备方法如下：

1）SnS₂纳米片的制备：

将五水四氯化锡与硫代乙酰胺按1:5～20摩尔比，溶于水中，将溶解后的溶液置于反应釜中，再将密封的反应釜置于电烘箱中进行水热反应，水热温度为160～180℃，时间为12～16小时。反应结束后反应釜自然冷却至室温，开釜，取出制得的产物离心分离得黄色沉淀物，分别用去离子水和乙醇洗涤，然后将产物于60℃下真空干燥8～12小时，即获得SnS₂纳米片材料。

2）g-C₃N₄纳米片的制备：

称取适量的尿素粉末，经研磨混均后装入氧化铝坩锅内，加盖后放入马弗炉中，在空气气氛下，（最好在氮气气氛下，可减少空气中氧气对氮气的消耗，提高C₃N₄产量）以15～35℃/min的速率升至500～600℃，并保持1～3个小时，待自然冷却至室温后取出研细，即获得黄色的g-C₃N₄纳米片材料。

3）将SnS₂与g-C₃N₄纳米片复合：

将步骤1）中所制得的SnS₂纳米片与步骤2）中所制得的g-C₃N₄纳米片按0.1～10:100质量比称取，置于甲醇溶液中，上述两种纳米片材料100毫克与20-40ml甲醇对应，然后水浴超声处理0.5～1小时至纳米片完全分散，最好SnS₂纳米片单分散地均匀平铺在g-C₃N₄纳米片表面，以减少SnS₂纳米片的团聚现象，提高其暴露面积。再在室温下磁力搅拌24～36小时，待甲醇完全挥发后放入反应釜中，再将密封的反应釜置于电烘箱中进行加热，加热温度130～150℃，时间4～6小时。反应结束后反应釜自然冷却到室温后取出，得到最终目标产物SnS₂/g-C₃N₄复合纳米片光催化剂。