[发明专利]黄铁矿二硫化铁/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及功能材料制备技术领域，为了解决现有技术存在的FeSsubgt;2/subgt;/TiOsubgt;2/subgt;复合材料制备过程复杂，产量低，尺寸大，结块团聚，成分分布不均匀的问题，本发明提出一种黄铁矿二硫化铁/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用，通过湿式球磨工艺直接一步制备出高纯度且混合均匀的FeSsubgt;2/subgt;/TiOsubgt;2/subgt;纳米材料，制备方法简单、反应过程无需添加保护气体、中间无二次污染问题、产量大，且TiOsubgt;2/subgt;的引入进一步降低了FeSsubgt;2/subgt;颗粒尺寸。此外，制备出的FeSsubgt;2/subgt;/TiOsubgt;2/subgt;复合材料并非单纯物理意义上结合，还实现了Fe和S元素掺杂进入TiOsubgt;2/subgt;晶格结构中，进一步提升材料性能。

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种黄铁矿二硫化铁/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着现代技术的发展，人类对于资源的消耗程度越来越大，与自然的矛盾不断激化，能源与环境问题已经成了亟待解决的重大问题。二硫化亚铁是一种在自然界储量非常丰富的无毒环境友好型间接带隙半导体材料，带隙宽度为0.95eV。非常接近理想太阳能电池材料所需要的1.1eV的要求，同时具有优良的光吸收能力，吸收系数达到10⁵cm^-1。因此二硫化亚铁材料是一种非常具有潜力的新型光伏材料。

FeS₂具有合适的禁带宽度，较高的光吸收系数，可制作极薄(小于200nm)的太阳能薄膜电池，价格便宜资源丰富，无毒，具有很好的环境相容性，适合大规模生产，被认为是一种极具发展潜力的太阳能电极材料。但是天然FeS₂由于杂质含量高、粒径大等问题，其产品实际电化学性能与其理论值相差甚远，需要进一步处理以提高其放电性能。

FeS₂/TiO₂复合材料的优良特性使其在锂离子电池正极材料、光催化降解污染物、太阳能电池材料、光催化裂解水制氢、抗菌、光催化还原CO₂制备甲醇等领域具有广阔应用前景。

当前现有的制备FeS₂/TiO₂复合材料的方法主要有：水热法、溶剂化学反应法、溶胶凝胶-硫化法、磁控溅射-硫化法、静电纺丝法、直接混合法等。发明人发现，水热法、溶剂化学反应法等大多是在液相体系中通过铁离子与硫源发生化学反应生成FeS₂，该类方法存在制备过程复杂、容易造成二次污染、产物产量受限等缺点；溶胶凝胶-硫化法、磁控溅射-硫化法、静电纺丝法等方法存在制备过程复杂，对设备要求较高(成本高)等缺点；直接混合法是将FeS₂与TiO₂在液相体系中混合后干燥，该方法存在材料不均匀等缺点。

发明内容

为了解决现有技术存在的FeS₂/TiO₂复合材料制备过程复杂，产量低，尺寸大，结块团聚，成分分布不均匀的问题，本发明提出一种黄铁矿二硫化铁/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用，通过湿式球磨工艺直接一步制备出高纯度且混合均匀的FeS₂/TiO₂纳米材料，制备方法简单、反应过程无需添加保护气体、中间无二次污染问题、产量大，且TiO₂的引入进一步降低了FeS₂颗粒尺寸。此外，制备出的FeS₂/TiO₂复合材料并非单纯物理意义上结合，该方法在实现FeS₂与TiO₂复合的同时，在一定程度上实现了Fe和S元素掺杂进入TiO₂晶格结构中，进一步提升材料性能。