[发明专利]一种铜掺杂二硫化锡复合光催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜掺杂二硫化锡复合光催化材料的制备方法，将SnClsubgt;4/subgt;·5Hsubgt;2/subgt;O和L‑半胱氨酸溶于去离子水中，滴加CuClsubgt;2/subgt;水溶液；转移到高压釜的聚四氟乙烯内衬中，并将其在130～160℃保温8～16小时；得到的沉淀物经过水和乙醇充分洗涤，干燥并研磨成粉末，即得到铜掺杂二硫化锡复合光催化材料；本发明采用简单便捷的原位水热方法，通过在合成二硫化锡的水热过程中，原位加入铜源。原位掺杂铜离子，在生长过程中，成为成核中心，增加成核数量，从而抑制二硫化锡经历长大，获得薄的二硫化锡纳米片；与此同时，可以提高光催化剂的比表面积，从而提高样品对二氧化碳的吸附作用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种光催化材料的制备方法。

背景技术

如今我们不但面临着能源方面的危机，同时还要承受由于过度依赖化石能源而产生的一系列全球气候问题：全球变暖，频繁的极端天气状况等。这些气候问题产生的症结在于我们过度地将本来以化石燃料形式存储的碳元素，通过燃烧产能的方式，以二氧化碳形式大量转化排放，从而造成大气中二氧化碳含量的持续增高。因此，如何实现二氧化碳的捕捉、储存、利用，以及如何降低地球大气中的碳含量，成为了全球研究的焦点。

针对这个问题，光催化二氧化碳为我们提供了新的思路。“光催化”是指先将二氧化碳还原成如甲烷，乙烷等的碳氢化合物。而碳氢化合物也正是我们常常利用的稳定、高效、清洁的能源。这样一来我们不但可以解决全球能源危机，而且实现了“碳循环”，将大气中过多的二氧化碳将真正运用到工业生活中。

在有合适的光催化剂以及光照的条件下，光催化还原CO₂和H₂O氧化是可以在同一个光催化反应体系中进行的。并且根据反应路径的不同，CO₂还原的产物可能会有CO、HCHO、HCOOH、CH₃OH、CH₄等。而光催化的效率和性能是有以下三个关键因素决定的：光吸收、电荷分离和迁移、表面催化反应。因此，为了获得高的光催化性能和转化效率，宽的光吸收范围、有效的电荷分离和传输、快速且有效的表面反应三者是必不可少的。金属硫化物，通常具有较窄的带隙和较强的还原能力，因此是满足上述三个关键条件中的二者包括宽的光吸收范围和快速且有效的表面反应，是一种很有前景的太阳能CO₂还原的候选材料。此外，自石墨烯被发现以来，二维(2D)材料因其高的比表面积和低的电荷复合等特点而引起了广泛的关注。其中，二维层状过渡金属硫化物在光催化领域得到了广泛关注和研究。在众多的金属硫化物中，二硫化锡(SnS₂)拥有驱动可见光光催化反应的窄带隙和能带结构。与此同时，它还是一种金色的涂料(被称为彩金)，具有无毒、廉价和在酸性或中性溶液中化学稳定等特点。基于上述的这些因素，SnS₂被认为是一种很有前途的可见光响应的光催化剂。然而，由于其带隙很小，因此电荷复合非常快，所以其整体光催化效率仍较低。

发明内容

为克服现有技术的问题，本发明目的在于通过合成二维SnS₂纳米片并对其进行Cu掺杂，引入杂质能级，从而获得良好的可见光响应的光催化还原CO₂性能。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种铜掺杂二硫化锡复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

将SnCl₄·5H₂O和L-半胱氨酸溶于去离子水中，滴加CuCl₂水溶液；转移到高压釜的聚四氟乙烯内衬中，并将其在130～160℃保温8～16小时；得到的沉淀物经过水和乙醇充分洗涤，干燥并研磨成粉末，即得到铜掺杂二硫化锡复合光催化材料。

按上述方案，SnCl₄·5H₂O和L-半胱氨酸的摩尔比为1∶(2～6)；Cu和Sn的摩尔比为(0.1～3)∶100。