一種石墨烯量子點/SnS2納米片復合光催化劑的制備方法與流程

本發明所屬技術領域為光催化、光電化學材料技術領域，特別涉及二硫化錫異質結光催化劑開發及制備方法。

背景技術：

二硫化錫不僅在地球上有著非常豐富的儲量，二硫化錫的結構類于三明治，即錫原子夾在兩層緊密的硫原子上形成夾層狀結構。二硫化錫的結構使其具有優秀的光學性質，電學性質以及良好的催化性。sns2作為一種具有良好光電性的半導體材料，其直接禁帶寬度為1.91～2.4ev，二維sns2納米片因其層間距比較大且有晶格空位，sns2還被用作光催化劑，分解有機污染物或廢水中的重金屬離子等，主要是因為高吸光性、無毒、抗氧化性與化學穩定性高。雖然具有窄帶隙能的sns2可以高效利用可見光，光催化活性高，被視為一種極具應用潛力的光催化劑；但是，sns2的光催化活性依然不夠高，且自身易發生分解。另外，光催化反應后，sns2的再次重復收集比較困難。構建含有sns2的異質結復合半導體材料，是一種有效提高sns2光催化活性的途徑，便于解決其重復使用性的問題。

石墨烯量子點(gqds)是尺寸1-20nm以內的納米材料。也就是石墨烯的尺寸減小到一定程度。石墨烯量子點有著非常好的性能，比如大的比表面積，高的電子遷移率，化學性能穩定，表面性質可改，以及很低的毒性。石墨烯量子點的性質和石墨烯有一些相似，但是有更優秀的量子限域效應和邊界效應。通過構建gqds/sns2納米片復合光催化劑，提高光致電荷的有效分離，從而提高其光催化性能。希望其突出的性能可以在光催化領域有實際的應用，有效解決現在社會環境污染問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種gqds/sns2納米片復合光催化劑的制備方法，該方法操作簡便、條件溫和、產率高，所制備的gqds/sns2納米片復合光催化劑具有很高的光催化活性。

具體步驟為：

采用簡單的一步水熱法：量取1～6ml濃度為2mg/ml的石墨烯量子點加入到40蒸餾水中，稱取2-25mmol硫源和1-10mmol四氯化錫(硫源與四氯化錫的摩爾比為2.2：1)，一起放入含有石墨烯量子點的水溶液中攪拌30分鐘后裝入反應釜中，120～180℃下加熱4～24個小時。取出反應釜冷卻到室溫的條件，然后把溶液進行離心分離，去除沒有反應完的物質，得到沉淀真空干燥6小時后得到產物。

所述化學試劑純度均為化學純以上純度。

其特征在于：硫源為硫代乙酰胺(taa)、硫化鈉、硫化鉀、硫化銨、硫脲、硫代硫酸鈉中的一種。

石墨烯量子點可為本征態石墨烯量子點、帶有氨基石墨烯量子點、羥基石墨烯量子點、羧基石墨烯量子點中的一種。

所述化學試劑純度均為化學純以上純度。

本發明gqds/sns2復合物展示出了優異的吸光性能和很強的光電化學響應，光生電流密度為是純sns2的5倍；復合石墨烯量子點后的降解甲基橙的速度明顯提高了，4.0-gqds/sns2復合物的降解速率最快，僅僅到了30分鐘用的時間是sns2的1/2。因此，gqds/sns2作為一種可見光響應材料，在環境污染如降解染料、光催化處理污水，太陽能電池等方面具有很大的應用潛能。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的不同組成粉末xrd譜。

圖2為本發明實施例1制備(a,b)sns2納米片的tem圖，(c,d)gqds/sns2復合物的tem圖。

圖3為本發明實施例1制備的sns2納米片和gqds/sns2復合物的光生電流曲線。

圖4為本發明實施例1制備的sns2納米片和gqds/sns2復合物光催化降解甲基橙曲線。

具體實施方式

實施例1：

采用簡單的一步水熱法：量取2ml濃度為2mg/ml的石墨烯量子點加入到40蒸餾水中，稱取4.4mmol硫代乙酰胺和2mmol四氯化錫，一起放入含有羥基-石墨烯量子點的水溶液中攪拌30分鐘后裝入反應釜中，160℃溫度下加熱8小時。取出反應釜冷卻到室溫的條件，然后把溶液進行離心分離，去除沒有反應完的物質，得到沉淀真空干燥6小時后得到產物。

所制備的sns2薄納米片分散液，通過旋涂法在ito表面做成光電極，制備電極作為工作電極(面積為1cm²)，輔助電極為鉑電極，飽和甘汞電極(sce)作為參比電極，0.5mol/lna2so4為支持電解質溶液，在太陽光模擬器(一個太陽的光強)下測試光電化學性能，從圖3可以看出gqds/sns2異質結的光電流是sns2的光電流的5倍。

稱量10mg的準備測試的樣品，并且倒入250ml的燒杯中，并向燒杯中倒入濃度為10mg/l溶液100ml的甲基橙溶液。黑暗中攪拌30分鐘。再用氙燈照射燒杯中的混合液，每間隔5min中取一次樣品離心后分析甲基橙的含量。單純的二硫化錫降解甲基橙在60分鐘左右降解完，復合石墨烯量子點后的復合物降解甲基橙的速度明顯提高了，2.0-oh-gqds/sns2復合物在55分鐘左右降解甲基橙達99％以上、8.0-oh-gqds/sns2復合物用時45分鐘、6.0-oh-gqds/sns2復合物在40分鐘、4.0-oh-gqds/sns2復合物的降解速率最快，僅僅到了30分鐘。

實施例2：

(1)量取8ml濃度為2mg/ml的石墨烯量子點加入到40蒸餾水中，稱取8.8mmol硫脲和4mmol四氯化錫，一起放入含有羥基-石墨烯量子點的水溶液中攪拌30分鐘后裝入反應釜中，120℃溫度下加熱24小時。取出反應釜冷卻到室溫的條件，然后把溶液進行離心分離，去除沒有反應完的物質，得到沉淀真空干燥6小時后得到產物。

(2)合成的gqds/sns2異質結的光電流是sns2的光電流的3倍。降解甲基橙達99％以上用時45分鐘。

實施例3：

(1)量取2ml濃度為2mg/ml的石墨烯量子點加入到40蒸餾水中，稱取2.2mmol硫化鈉和1mmol四氯化錫，一起放入含有氨基-石墨烯量子點的水溶液中攪拌30分鐘后裝入反應釜中，160℃溫度下加熱24小時。取出反應釜冷卻到室溫的條件，然后把溶液進行離心分離，去除沒有反應完的物質，得到沉淀真空干燥6小時后得到產物。

(2)合成的gqds/sns2異質結的光電流是sns2的光電流的4倍。降解甲基橙達99％以上用時35分鐘。

以上實施例所述化學試劑純度均為化學純。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種GQDs/SnS2異質結光催化劑及其制備方法。采用簡單的一步水熱法：將石墨烯量子點加入到含有硫源和四氯化錫(硫源與四氯化錫的摩爾比為2.2：1)水溶液中，120～180℃下水熱反應一段時間就得到GQDs/SnS2異質結光催化劑。GQDs與SnS2納米片的結合明顯地增強了它們的光電性能與光催化性能，光生電流密度為是純SnS2的5倍。異質結光催化降解甲基橙的活性優于SnS2納米片。該方法操作簡便、條件溫和、產率高，所制備的GQDs/SnS2超薄納米片具有很高的光催化及光電化學析氧能力。

技術研發人員：劉勇平;米喜紅;呂慧丹;耿鵬;王吉祥;林劍飛
受保護的技術使用者：桂林理工大學
技術研發日：2017.04.17
技術公布日：2017.08.01