[发明专利]一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料，利用多巴胺在弱碱性条件在二氧化锡表面聚合形成聚多巴胺纳米薄膜，并通过聚多巴胺的氨基与羟基有效配位吸附锌离子，实现核壳结构的构建，再进行高温焙烧得到。本发明将硫化锌与二氧化锡配合使用将光响应范围拓宽到可见光范围，并结合形成的核壳结构，在太阳光激发下促进产生光生电子与空穴，且氮掺杂石墨的二氧化锡具有良好的电催化性能，可有效传递从硫化锌注入的光生电子，进一步提升对可见光的利用率；本发明所得复合材料具有优异的光催化性能，适用于可见光催化等领域，且涉及的制备方法简单、产物结构易控，适合推广应用。

技术领域

本发明属于材料化学和新型光催化材料技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料及其制备方法。

背景技术

具有可见光催化性能的材料越来越受到科研工作者的关注。在这其中，半导体光催化材料由于其特殊的光学电学性质、长期稳定性、耐光腐蚀与化学腐蚀等特点，被广泛研究。与单一组分的半导体材料相比，复合材料由于结合了不同组分的性能，并具有独特的微观结构，能够有效抑制电子-空穴对的复合，扩宽光激发范围，被认为具有更好的光催化性能。

中国发明专利(申请号200880128349.6)公开了一种具有光催化活性的粒料，它包含至少一种无机颗粒材料(主要是无机颜料、石灰石、石膏、混凝土、砂浆或水泥等)，这些颗粒至少部分涂布有光催化活性化合物，如氧化钛、氧化锌、硫化锌、氧化钨或二氧化锡等；所得粒料可以减少微生物的聚集并减少环境污染物质，保持颜色鲜亮等优点。Hu等人公开了一种可见光催化活性的二氧化锡/硫化锌复合材料(Journal of Molecular Catalysis A:Chemical 2016，411，203-213)，采用一步水热法，将锌盐、锡盐与硫脲一起反应，得到具有纳米球状的二氧化锡/硫化锌复合材料。现有方案中二氧化锡作为n型半导体，但其导电性能较差，光催化能力较弱，且难以控制光催化复合材料的微观结构。

发明内容

本发明的主要目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料，利用多巴胺在弱碱性条件在二氧化锡表面聚合形成聚多巴胺纳米薄膜，再通过聚多巴胺的氨基与羟基有效配位吸附锌离子，实现复合材料核壳结构的构建，且氮掺杂石墨的二氧化锡具有良好的电催化性能，进一步提升所得复合材料的光催化性能；所述复合材料涉及的制备方法简单、产物微观形貌可控，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料，通过将二氧化锡纳米球浸渍于多巴胺溶液中进行聚合反应得聚多巴胺包覆的二氧化锡，然后置于硫化锌前驱液中进行水热反应在聚多巴胺包覆的二氧化锡表面生成硫化锌，最后进行高温焙烧得具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料。

上述一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将二氧化锡纳米球浸泡于多巴胺溶液中，调节所得混合液的pH值至8.0～9.0，进行聚合反应，得聚多巴胺包覆的二氧化锡；

2)将聚多巴胺包覆的二氧化锡加入硫化锌前驱液中，加热进行水热反应，再经洗涤、干燥，在聚多巴胺包覆的二氧化锡上生成硫化锌；

3)将步骤3)所得产物进行高温处理，得到具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化锌复合材料。

上述方案中，所述二氧化锡纳米球的粒径为200～360nm。

上述方案中，所述二氧化锡纳米球的制备方法包括如下步骤：将六次甲基四胺、十六烷基三甲基溴化铵、四氯化锡加入乙醇水溶液中，搅拌均匀，再加入氢氧化钠混合均匀，然后加热进行水热反应，洗涤、干燥，得二氧化锡纳米球。

上述方案中，二氧化锡纳米球的制备方法中，所述水热反应温度为170～180℃，时间为12-18h。