[发明专利]一种制备SnS/SnS2异质结材料的方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术、污染物监测与光催化降解技术，具体是一种一步溶剂热法制备SnS/SnS₂异质结材料的方法及应用。

背景技术

光催化材料具有光分解水制氢和光降解有机污染物两大功能，因此在解决能源和环境问题方面有着重要的应用前景。随着社会经济的飞速发展，来自工农业生产中产生的各种毒害有机污染物严重威胁着环境和人类的健康。因此，寻求一种新型高效的环境治理技术具有重要的意义。光催化技术因其节能、高效、污染物降解彻底、无二次污染等特点，因而成为未来高新技术的新希望。南京大学邹志刚教授认为，发展可见光响应光催化材料是实现高效太阳能转换的最重要途径之一。在此背景下，人们对开发可见光响应型光催化材料表现出了浓厚的兴趣。

1976年和1977年，Carey和Frank等人分别利用TiO₂悬浮液，在紫外辐射下成功降解多氯联苯和氰化物，开启了光催化降解水中污染物的新纪元。虽然TiO₂对绝大多数光化学反应具有很高的催化活性，拥有优异的化学及光化学稳定性。但因其较大的能带宽度值（Eg≈3.2ev，Eg = 1240/λ），只对紫外光有吸收（紫外光只占太阳光的5%），光利用率低，兼具有e^-和h⁺的复合速度快、量子效率低等缺点，在一定程度上限制了其工业化应用。硫化锡由于具有较窄的能带宽度，原料无毒、丰富，能对可见光响应，化学及热稳定性好的特点而备受关注，现已成为光催化剂材料研究的热点之一。SnS是能带宽度为1.0~2.3eV的半导体材料，由于近红外吸收及独特的结构，在太阳能电池、探测器、锂离子电池、超级电容器上也有应用。SnS中Sn含量的不同，可能使得SnS是p型或是n型半导体，这一特点更扩大了其在光催化领域的应用范围。

但是对于较窄带系的光催化材料来说，其面临的最大挑战在于：光生电子-空穴的复合几率大。为了解决这一问题，研究者们主要是通过掺杂，制备异质结复合材料等方面来考虑。由于SnS和SnS₂的能带结构比较匹配，因此，可以通过制备SnS/SnS₂异质结材料来降低电子-空穴对的复合速率，从而提高其光催化性能。

已报道的文献，Shen等人通过在H₂S气体中煅烧SnO₂来合成SnS/SnS₂异质结锂离子电池材料；Hu等人通过一步热解法，通过控制前驱体CS₂的量来合成SnS/SnS₂异质结纳米晶体；Sanchez-Juarez等人通过等离子体-化学气相沉积法制备得到SnS/SnS₂异质结光伏材料。本申请采用一步溶剂热法合成了产物组成可控的SnS/SnS₂异质结材料，而关于这种方法制备的SnS/SnS₂异质结材料还未见报道。溶剂热法相对于前面所提到的那几种方法而言，具有反应条件温和、方法简单、成本较低等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备SnS/SnS₂异质结材料的方法，解决目前SnS在光催化等方面研究的不足和缺陷，锡是一种重要的有色金属，通过深加工提升材料的附加值，对国家经济建设具有显著的意义；目前工业生产中应用到的探测器材料、电池电极材料等，可通过对纯SnS或纯SnS₂改性得到。

本发明的一步溶剂热法制备SnS/SnS₂异质结材料的制备方法具体步骤如下：

（1）将SnCl₂·2H₂O、SnCl₄·5H₂O、硫源、表面活性剂依次加入到溶剂中，强力搅拌至完全溶解，其中（Sn²⁺+Sn⁴⁺）/S^2-的摩尔比为1:1～1:2，其中SnCl₄·5H₂O占锡源质量的10～90wt%，表面活性剂与锡源的质量比为0.2~0.5；

（2）将步骤（1）溶液转移至反应釜中，在120~200℃，反应12~24h；

（3）将步骤（2）中获得沉淀取出后用去离子水和乙醇分别洗涤3~5次，将获得的产物在50~60℃下干燥10~12h，即得SnS/SnS₂异质结材料。