本發(fā)明涉及一種氧化物半導(dǎo)體納米粉體的化學(xué)合成方法，具體涉及一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

石墨相氮化碳(g-c3n4)是一種有機(jī)聚合物納米半導(dǎo)體，不含有金屬成分，具有類似石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)。以優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、半導(dǎo)體性能、熱穩(wěn)定性、高比表面積、合適的能級結(jié)構(gòu)，使其在光解水制氫氣、催化有機(jī)反應(yīng)及光催化降解有機(jī)物等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，引起了許多科研工作者的重視。然而，純相g-c3n4帶隙寬，可見光利用效率低，光生電子-空穴對復(fù)合速率快。因此為了拓寬g-c3n4光吸收光譜范圍，本發(fā)明采用與其他半導(dǎo)體復(fù)合的方式對g-c3n4進(jìn)行改性。

構(gòu)建半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)能夠促進(jìn)光生電子空穴對的轉(zhuǎn)移，有效降低光生電子和空穴的復(fù)合幾率，提高了光生載流子的分離效率，增大其量子效率，從而提高光催化性能。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的特點(diǎn)是可以通過調(diào)節(jié)組分含量來控制其禁帶寬度，也可以使寬帶隙半導(dǎo)體和窄帶隙半導(dǎo)體復(fù)合來拓寬光譜響應(yīng)范圍，可以提高太陽能利用率。

本發(fā)明選取帶隙寬度不同的sns與g-c3n4體系，sns帶隙值較小，在可見光條件下有良好的吸光性能，采用熱聚合法合成g-c3n4納米粉，然后采用沉淀法原位合成納米g-c3n4/sns異質(zhì)結(jié)，該產(chǎn)物在可見光條件下有望獲得優(yōu)異的光催化性能，然而g-c3n4/sns異質(zhì)結(jié)合成方法尚未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，該方法工藝簡單、易操作，反應(yīng)合成的產(chǎn)物純度高，比表面積大，具有優(yōu)異的光催化性能，填補(bǔ)了類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米復(fù)合材料合成技術(shù)領(lǐng)域的空白。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，包括如下步驟：

(1)稱取一定量的尿素，將其置于瑪瑙研缽中研磨后轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中；

(2)將步驟(1)中的剛玉坩堝加蓋后放入馬弗爐中煅燒，然后冷卻至室溫，取出，收集產(chǎn)物g-c3n4；

(3)將sncl2·2h2o溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢韬螳@得均勻的sncl2溶液，所得溶液中sn²⁺的濃度為0.2mol/l，在sncl2溶液中加入步驟(2)制備出的g-c3n4納米粉，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，記為懸濁液a；

(4)將na2s·9h2o溶于水中，使所得溶液中s^2-的濃度為0.2mol/l，然后將na2s溶液以0.5ml/min滴加速率加入步驟(3)制備的懸濁液a中，滴加結(jié)束后攪拌2h使其反應(yīng)充分；其中，na2s溶液的滴加體積等于懸濁液a中sncl2溶液的體積；

(5)將步驟(4)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至高速離心分離機(jī)中進(jìn)行離心分離，離心分離后取固體沉淀物，對得到的固體沉淀物進(jìn)行清洗，再將清洗后得到的固體產(chǎn)物放入干燥箱內(nèi)，在50-70℃溫度下干燥10-12h，獲得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

前述的一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，其中，步驟(1)所述的一定量的尿素是指尿素在剛玉坩堝中的填充度為(50-60)％。

前述的一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，其中，步驟(2)中煅燒時(shí)保溫溫度為570-600℃，升溫速率為3-5℃/min，保溫時(shí)間為3-4h。

前述的一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，其中，步驟(5)所述的清洗方法為：依次采用去離子水和無水乙醇對得到的固體沉淀物進(jìn)行交替洗滌3-5次。

前述的一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，其中，步驟(5)所得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)包含g-c3n4和sns兩相，其中sns的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1-10)％。

前述的一種類石墨氮化碳/硫化亞錫(g-c3n4/sns)納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，其中，最終所得合成產(chǎn)物中g(shù)-c3n4為片狀結(jié)構(gòu)，其厚度為20-30nm，g-c3n4表面原位生長有sns納米顆粒，sns納米顆粒的直徑為10-20nm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)的合成方法可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步性及實(shí)用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價(jià)值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1、采用兩步法合成g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)，所用的合成工藝簡單，易操作，反應(yīng)合成的產(chǎn)物純度高。

2、該方法制備的g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)，具有介孔結(jié)構(gòu)特征以及較大的表面積(80-90m²/g)，在可見光(氙燈)照射下對亞甲基藍(lán)(mb)溶液進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，顯示了優(yōu)異的光催化性能。

綜上所述，本發(fā)明一種g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)的合成方法在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖(1)為實(shí)施例1制得的g-c3n4/sns的xrd圖；

圖(2)是實(shí)施例1制得的g-c3n4/sns的tem圖；

圖(3)是實(shí)施例1制得的g-c3n4/sns降解亞甲基藍(lán)溶液的濃度變化曲線圖；

圖(4)是實(shí)施例1制得的g-c3n4/sns與g-c3n4在相同測試條件下的光催化結(jié)果比較圖；

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)的合成方法，其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。

實(shí)施例1：

(1)稱取一定量的尿素，將其置于瑪瑙研缽中研磨后轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中；

(2)將步驟(1)中的剛玉坩堝加蓋后放置在馬弗爐中煅燒，升溫速率為3℃/min，保溫溫度為600℃，保溫時(shí)間為4h，冷卻至室溫后取出，收集產(chǎn)物g-c3n4；

(3)稱取一定量的sncl2·2h2o溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢韬螳@得均勻sncl2溶液，所得溶液中sn²⁺的濃度為0.2mol/l，在sncl2溶液中添加一定量的g-c3n4納米粉，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，記為懸濁液a；

(4)稱取一定量的硫化鈉溶于溶劑水中，使所得溶液中s^2-的濃度為0.2mol/l，然后將na2s溶液以0.5ml/min滴加速率加入至步驟(3)制備的懸濁液a中，滴加結(jié)束后攪拌2h使其反應(yīng)充分；其中，na2s溶液的滴加體積等于懸濁液a中sncl2溶液的體積；

(5)將步驟(4)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至高速離心分離機(jī)中進(jìn)行離心分離，取固體沉淀物，之后，對得到的固體沉淀物依次采用去離子水和無水乙醇進(jìn)行交替洗滌3次，再將清洗后得到的固體產(chǎn)物放入干燥箱內(nèi)，在60℃溫度下干燥10h，獲得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)。

所得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)中g(shù)-c3n4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97％，sns的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％。

將本實(shí)施例得到的g-c3n4/sns進(jìn)行xrd與tem測試，測試結(jié)果如圖1和圖2所示，由圖可知：合成產(chǎn)物中包含g-c3n4和sns兩相，g-c3n4為片狀結(jié)構(gòu)，其厚度為20-30nm左右，其表面原位生長有sns納米顆粒；sns納米顆粒的直徑為10-20nm。

對合成產(chǎn)物進(jìn)行光催化性能測試，分別取0.05g的g-c3n4(作為對照組)和本實(shí)施例合成的納米復(fù)合半導(dǎo)體g-c3n4/sns(作為測試組)作為光催化劑，以亞甲基藍(lán)(mb)為目標(biāo)降解物(濃度為7mg/l)，體積均50ml，選用150w的氙光燈作為光源，樣品距燈管的距離為15cm，進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖3所示，光照30min后g-c3n4/sns對亞甲基藍(lán)溶液降解幾乎完全，圖4表明，經(jīng)過30min光照，g-c3n4可降解mb降解62％左右，而g-c3n4/sns可降解mb降解95％，對比降解結(jié)果可以得出，構(gòu)建復(fù)合半導(dǎo)體可明顯提高其光催化性能。

實(shí)施例2：

(1)稱取一定量的尿素，將其置于瑪瑙研缽中研磨后轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中；

(2)將步驟(1)中的剛玉坩堝加蓋后放置馬弗爐中煅燒，升溫速率為4℃/min，保溫溫度為570℃，保溫時(shí)間為3h，冷卻至室溫后取出，收集產(chǎn)物g-c3n4；

(3)稱取一定量的sncl2·2h2o溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢韬螳@得均勻sncl2溶液，所得溶液中sn²⁺的濃度為0.2mol/l，在sncl2溶液中添加一定量的步驟(2)制備出的g-c3n4納米粉，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?；記為懸濁液a；

(4)稱取一定量的硫化鈉溶于溶劑水中，使所得溶液中s^2-的濃度為0.2mol/l，然后將na2s溶液以0.5ml/min滴加速率加入至步驟(3)制備的懸濁液a中，滴加結(jié)束后攪拌2h使其反應(yīng)充分；其中，na2s溶液的滴加體積等于懸濁液a中sncl2溶液的體積；

(5)將步驟(4)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至高速離心分離機(jī)中進(jìn)行離心分離，取固體沉淀物，之后，對得到的固體沉淀物依次采用去離子水和無水乙醇進(jìn)行交替洗滌5次，再將清洗后得到的固體產(chǎn)物放入干燥箱內(nèi)，在70℃條件下干燥10h，獲得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)。

所得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)中g(shù)-c3n4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％，sns的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。

實(shí)施例3：

(1)稱取一定量的尿素，將其置于瑪瑙研缽中研磨后轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中；

(2)將步驟(1)中的剛玉坩堝加蓋后放置馬弗爐中煅燒，升溫速率為3℃/min，保溫溫度為580℃，保溫時(shí)間為3h，冷卻至室溫后取出，收集產(chǎn)物g-c3n4；

(3)稱取一定量的sncl2·2h2o溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢韬螳@得均勻sncl2溶液，所得溶液中sn²⁺的濃度為0.2mol/l，在sncl2溶液中添加一定量的步驟(2)制備出的g-c3n4納米粉，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?；記為懸濁液a；

(4)稱取一定量的硫化鈉溶于溶劑水中，使所得溶液中s^2-的濃度為0.2mol/l，然后將na2s溶液以0.5ml/min滴加速率加入至步驟(3)制備的懸濁液a中，滴加結(jié)束后攪拌2h使其反應(yīng)充分；其中，na2s溶液的滴加體積等于懸濁液a中sncl2溶液的體積；

(5)將步驟(4)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至高速離心分離機(jī)中進(jìn)行離心分離，取固體沉淀物，之后，對得到的固體沉淀物依次采用去離子水和無水乙醇進(jìn)行交替洗滌3次，再將清洗后得到的固體產(chǎn)物放入干燥箱內(nèi)，在70℃條件下干燥12h，獲得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)。

所得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)中g(shù)-c3n4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％，sns的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％。

實(shí)施例4：

(1)稱取一定量的尿素，將其置于瑪瑙研缽中研磨后轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中；

(2)將步驟(1)中的剛玉坩堝加蓋后放置馬弗爐中煅燒，升溫速率為5℃/min，保溫溫度為600℃，保溫時(shí)間為4h，冷卻至室溫后取出，收集產(chǎn)物g-c3n4；

(3)稱取一定量的sncl2·2h2o溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢韬螳@得均勻sncl2溶液，所得溶液中sn²⁺的濃度為0.2mol/l，在sncl2溶液中添加一定量的步驟(2)制備出的g-c3n4納米粉，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍挥洖閼覞嵋篴；

(4)稱取一定量的硫化鈉溶于溶劑水中，使所得溶液中s^2-的濃度為0.2mol/l，然后將na2s溶液以0.5ml/min滴加速率加入至步驟(3)制備的懸濁液a中，滴加結(jié)束后攪拌2h使其反應(yīng)充分；其中，na2s溶液的滴加體積等于懸濁液a中sncl2溶液的體積；

(5)將步驟(4)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至高速離心分離機(jī)中進(jìn)行離心分離，取固體沉淀物，之后，對得到的固體沉淀物依次采用去離子水和無水乙醇進(jìn)行交替洗滌4次，再將清洗后得到的固體產(chǎn)物放入干燥箱內(nèi)，在65℃條件下干燥12h，獲得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)。

所得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)中g(shù)-c3n4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94％，sns的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％。

實(shí)施例5：

(1)稱取一定量的尿素，將其置于瑪瑙研缽中研磨后轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中；

(2)將步驟(1)中的剛玉坩堝加蓋后放置馬弗爐中煅燒，升溫速率為4℃/min，保溫溫度為590℃，保溫時(shí)間為4h，冷卻至室溫后取出，收集產(chǎn)物g-c3n4；

(3)稱取一定量的sncl2·2h2o溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢韬螳@得均勻sncl2溶液，所得溶液中sn²⁺的濃度為0.2mol/l，在sncl2溶液中添加一定量的步驟(2)制備出的g-c3n4納米粉，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍挥洖閼覞嵋篴；

(4)稱取一定量的硫化鈉溶于溶劑水中，使所得溶液中s^2-的濃度為0.2mol/l，然后將na2s溶液以0.5ml/min滴加速率加入至步驟(3)制備的懸濁液a中，滴加結(jié)束后攪拌2h使其反應(yīng)充分；其中，na2s溶液的滴加體積等于懸濁液a中sncl2溶液的體積；

(5)將步驟(4)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至高速離心分離機(jī)中進(jìn)行離心分離，取固體沉淀物，之后，對得到的固體沉淀物依次采用去離子水和無水乙醇進(jìn)行交替洗滌4次，再將清洗后得到的固體產(chǎn)物放入干燥箱內(nèi)，在60℃條件下干燥12h，獲得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)。

所得g-c3n4/sns納米異質(zhì)結(jié)中g(shù)-c3n4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92％，sns的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。