[发明专利]采用微波水热法制备Zn2+掺杂SnS2纳米光催化材料Sn1‑xZnxS2的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及纳米光催化材料技术领域，特别涉及一种纳米光催化材料的制备方法。

【背景技术】

二硫化锡(SnS₂)属于Ⅳ:Ⅵ族二元化合物，具有CdI₂型的层状结构。硫化锡不溶于水，但是溶于热的浓盐酸和浓硝酸，在热的浓盐酸中溶解生成SnCl₂。这意味着硫化锡具有弱酸性物质的性质。

硫化锡的晶体结构的空间群属于Pnma族。晶格参数分别为：a＝1.1200nm，b＝0.3987nm，c＝0.4334nm，硫化锡结构是由两层沿着轴相互叠加在一起而形成，两层六方密堆积的硫离子中间加入锡离子的三明治结构(S-Sn-S)组成的，每个锡离子周围有六个硫离子形成正八面体配位，即硫离子采取AB AB六方密堆积，而金属锡离子置于两层的硫离子之间，层内为共价键结合，层与层之间存在弱的范德华力。每个硫原子在同一层中通过三个强键(0.2627～0.2665nm)和两个弱键(0.3290nm)与相邻的原子连接。还有一个与邻近一层的原子连接(0.3494nm)，从而构成一个高度扭曲的八面体结构。

离子掺杂提高SnS₂的电导率主要是靠电荷补偿来完成的。在掺杂过程中，Sn⁴⁺半径为0.069nm，熔点231.9℃，如果杂质的线度小于基质晶体的晶格常数，无论是施主或受主杂质都可能会呈间隙式起到施主的作用。若杂质的线度与基质原子接近进入晶格后可能以替位式存在。一般若掺入小于替位Sn⁴⁺时可形成负电中心，使导电类型呈P型；掺入大于4价的杂质离子时会形成正电中心，导电类型会变成N型。

由于颗粒形貌对样品的光催化性能也可能会造成一定的影响，颗粒越小、比表面积越大，则材料与有机染料的接触越好，离子迁移距离也会变短，这样更有利于材料性能的提升。另外， 一维纳米材料如纳米棒、纳米管、纳米线等这些特殊的结构在光催化性能等方面会产生一些新颖的特点。

目前所报道的通过掺杂制备纳米SnS材料的方法主要为化学沉积法[Chakraborty R,Buonassisi T,Sinsermsuksakul P,et al.Antimony-Doped Tin(II)Sulfide Thin Films[J].Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0,2012.]、喷雾热解法[Reddy N K,Reddy K T R.SnS films for photovoltaic applications:Physical investigations on sprayed Sn x S y films[J].Physica B Condensed Matter,2005,368(368):25–31.]，其中化学沉积法所需的原材料容易获得，但是沉积的速率不能太高，反应后的余气易燃、易爆或有毒；喷雾热解法具有制备周期短，制备薄膜质量较好，但是设备昂贵。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种采用微波水热法制备Zn²⁺掺杂SnS₂纳米光催化材料Sn_1-xZn_xS的方法，其制备成本低、操作简单、制备周期短，获得的Sn_1-xZn_xS纳米颗粒对有机染料具有优异光催化降解性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用微波水热法制备Zn²⁺掺杂SnS₂纳米光催化材料Sn_1-xZn_xS的方法，包括以下步骤：

1)将Sn源溶于去离子水中，配制成浓度为0.5～1.2mol/L的溶液A，按n_Sn:n_Zn＝16:1～20:1将锌源加入溶液A中，搅拌至充分溶解得到溶液B，同时调节B溶液的pH为1～9，将NaS·9H₂O溶于去离子水中，配制成浓度为0.1～2.4mol/L的溶液C；

2)将B、C两种溶液按照元素摩尔比n_Sn:n_S＝(1.0～2.5):(1.0～4.3)的比例混合得到溶液D，搅拌均匀形成均匀稳定的混合溶液E；

3)将E溶液放入微波水热反应釜中，密封水热釜，微波水热反应得到前驱体；