[发明专利]一种铜基过渡金属硫化物异质结纳米材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种铜基过渡金属硫化物异质结纳米材料的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将硬脂酸铜加入到三正辛胺中，并在预定气氛条件下搅拌以除去O₂，而后加热至第一设定温度，直至形成澄清的深绿色溶液，接着将硫溶液缓慢加入深绿色溶液中，得到混合溶液，将混合溶液加热至第二设定温度，在第二设定温度下反应60min后得到Cu₉S₅；步骤S2，将Cu₉S₅溶于三正辛胺和油胺中，而后抽真空并加热至第三设定温度，再缓慢注入Cd先驱体，恒温反应一段时间，得到铜基过渡金属硫化物异质结纳米材料Cu₉S₅/CdS，其中，对于制备得到铜基过渡金属硫化物异质结纳米材料Cu₉S₅/CdS，还通过光沉积的方式负载微量Pt纳米颗粒，来进一步优化其产氢活性。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种铜基过渡金属硫化物异质结纳米材料的制备方法。

背景技术

进入21世纪后，能源和环境一直是人类关注的热点。随着石油、煤炭和天然气等不可再生化石能源长时间大量的开采和利用，不可再生能源已经面临枯竭的危险，而且使用后产生的环境污染问题也日益严重。氢气是一种清洁、环保和可再生能源，且比能量密度高达142.35kJ/kg，是不可再生化石燃料的理想替代品。光催化制氢是一种清洁环保的且可持续发展的制氢技术，是应对全球能源和环境危机的最有前途的技术之一。在众多用于太阳能转换的构件中，异质结构纳米材料凭借其更高的光收集能力和通过能带工程的更高效电荷分离技术，成为向更好的能量转换迈进的理想选择。

在各种异质结光催化剂中，硫化铜基异质结是最热门的材料之一，因为其低成本、低毒性、窄带隙、光学特性可调以及良好的光响应。构建异质结不仅可以增强光收集和辅助电荷转移，而且可以提供反应活性位点和光催化剂的稳定性。到目前为止，构建用于光催化析氢的过渡金属硫化物(TMD)基外延异质结构仍然比较困难，特别是层状TMD和其他非层状材料组成的异质结构。

硫化铜是典型的p型半导体，亚化学计量的硫化铜其带隙随晶相的变化而变化，可调带隙在0.6eV-2.35eV。其中Cu₉S₅是理想的基体选择，主要是由于其带隙宽度较窄(1.8eV)，在近红外区域有明显的光响应。然而，Cu₉S₅主要研究方向在染料的降解、太阳能电池、光热转换、光电探测器、CO₂还原和固氮等领域，很少有研究其光催化产氢性能。同时，Cu₉S₅由于其窄带隙和局部等离子体共振特性而显示出较强的光吸收和散射特性，在近红外区域具有产氢性能，但由于铜基材料固有的光生电子空穴对快速复合，实际产氢效率偏低；而CdS具有窄带系(2.4eV)在可见光区域有良好的产氢性能，但CdS在催化过程中不稳定，容易发生光腐蚀。

现有相关研究中，采用溶剂热法制备Cu₉S₅纳米盘后，再通过原位外延生长CdS的方法构建异质结。但是原位外延生长阶段的操作复杂，且反应时间长。此外，单独的Cu₉S₅纳米盘和CdS由于固有的光生电子空穴对快速复合，实际产氢效果不理想，且在催化制氢过程中结构不稳定。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种铜基过渡金属硫化物异质结纳米材料的制备方法。

本发明提供了一种铜基过渡金属硫化物异质结纳米材料的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将硬脂酸铜加入到三正辛胺中，并在预定气氛下搅拌以除去O₂，而后加热至第一设定温度，直至形成澄清的深绿色溶液，接着将硫溶液缓慢加入深绿色溶液中，得到混合溶液，将混合溶液加热至第二设定温度，在第二设定温度下反应60min后得到Cu₉S₅；