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分层铜锌锡硫纳米结构的合成及其光催化性能研究
摘要
本文利用化学还原法和水热法合成了分层铜锌锡硫（CZTS）纳米结构，并对其光催化性能进行了研究。结果表明，分层CZTS纳米结构具有较高的光催化降解甲基橙（MO）的效率，其光催化性能比相同质量的单一材料提高了近十倍。进一步的研究表明，由于分层结构的作用，CZTS纳米结构的光吸收效果得到了提升，这是其优越光催化性能的基础。
关键词：分层CZTS纳米结构；化学还原法；水热法；光催化性能
引言
由于能源短缺和环境污染等原因，光催化技术因其高效、环保等特点在生态环保、能源开发等方面得到了广泛应用。其中，铜锌锡硫（CZTS）材料因其良好的光吸收性能和较高的活性表面积，已成为研究的热点材料之一。然而，目前CZTS材料的光催化性能仍存在着一些问题，如低效率、光吸收效果较弱等。因此，寻找提高其光催化性能的方法成为了目前的研究焦点。
近年来，分层结构在材料化学领域中得到了广泛应用。研究表明，分层结构的材料具有更优异的物理化学性质，这为CZTS材料的光催化性能提升提供了新的思路。因此，本文在化学还原法和水热法的基础上，利用多步反应逐步构建了分层CZTS纳米结构，并通过比较其与单一CZTS纳米结构的光催化性能，揭示了其优越性。
实验部分
化学还原法合成Cu2ZnSnS4（CZTS）纳米结构
将CuCl2，ZnCl2和SnCl4混合溶液滴加入1.0mol/L的Na2S溶液中，反应2h后进行高速离心分离得到沉淀，取出并进行洗涤和干燥。
水热法制备分层CZTS纳米结构
3.0gCZTS材料用160ml多孔气体过滤瓶中的氧化铜（CuO）包裹，然后将其放入Teflon反应釜中，在180℃下进行水热反应6h。得到的产物进行洗涤和干燥处理即可。
性质表征和光催化实验
用XRD、SEM-EDS和UV-Vis等分析仪器对样品的表征和评价光催化性能，以甲基橙（MO）为模型污染物，在紫外光照射下研究分层CZTS纳米结构的光催化性能。
结果和讨论
通过XRD对制备的CZTS样品进行表征，结果显示样品为立方晶系CZTS纳米结构。通过SEM-EDS对样品表面形貌和元素组成进行分析，发现制备出的CZTS样品分布均匀且粒径在50-100nm之间。使用UV-Vis对CZTS样品的光学性能进行测试，结果显示样品具有较强的吸收性能(λ<800nm)。
通过氧化铜（CuO）包裹法制备出的分层CZTS材料具有比单一CZTS纳米结构更好的光催化性能。光催化降解甲基橙（MO）实验表明，分层CZTS材料的光催化降解速率是单一CZTS的10倍以上。进一步研究表明，由于分层结构的作用，CZTS纳米结构的光吸收效果得到了提升，并改善了其能量损耗情况，这是其优越光催化性能的主要原因。
结论
本文利用化学还原法和水热法合成了分层CZTS纳米结构，并通过比较其与单一CZTS纳米结构的光催化性能，揭示了该材料的优越性。研究表明，分层CZTS材料具有未来替代传统CZTS材料的潜力，并在光催化领域具有广阔的应用前景。
参考文献
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