分级纳米硫化亚锡的合成及形貌控制.docx

分级纳米硫化亚锡的合成及形貌控制摘要：硫化亚锡由于其理想的禁带宽度、丰富的蕴藏量及无毒无害的特点使其在太阳能转换方面的研究倍受关注。文章首先采用溶剂热的方法合成分级纳米硫化亚锡然后通过改变硫源、反应温度、配位剂及含量、表面活性剂等实验条件合成了不同形貌的SnS。最后以硫脲为硫源以5mL三乙醇胺为配合剂反应温度为200℃合成的SnS进行了光催化性能研究结果表明由于其具有较大的比表面积和较小的表面缺陷表现出较好的吸附性能和光催化性能。关键词：硫化亚锡；分级纳米结构；光催化性能SnS是一种重要的半导体材料其直接带隙和间接带隙分别为1.2～1.5eV和1.0～1.1eV与太阳辐射有很好的光谱匹配因而在太阳能电池中作为光吸收层[12]场效应晶体管、红外探测器、锂离子电池的阳极材料都有很好的应用前景。近来将其用于可见光催化[3-6]也有些报道。Biacchi等[7-10]以硫代乙酰胺为硫源以油酸、十八烯为溶剂以1-正辛基膦、六甲基二硅氮烷为络合剂采用溶胶法合成10nm左右立方体和多面体以及200nm左右的纳米片并检测了它们对甲基蓝的光催化分解作用探讨了光催化性能与SnS暴露面的关系。Patra[7]以硫脲为硫源同样以油酸为溶剂以1-正辛基膦、十六烷基胺、十八胺、三丁基膦多种物质为添加剂采取溶胶法得到10nm左右的立方体和三角体对其光催化性能进行了评估并探讨了同样的问题。Hu等[8]以二乙基二硫代氨基甲酸脂为硫源以油胺、二硫化碳为溶剂用溶胶法合成片状SnS具有一定的光催化性能。Chao[9]简单地以硫脲为硫源以乙二醇为溶剂用溶胶法合成了SnS纳米花状结构也具有较好的光催化性能。Zhang等[10]也以乙二醇为溶剂用溶胶法分别合成了纳米花及20nm左右的纳米粒子结果证明比表面积高的纳米花比纳米粒子具有更好的催化性能[11]。虽然上述patra和Hu在合成方法中所用的长链烷基酸、脂或膦类对SnS形貌控制起到很好的效果但它们多数价格昂贵在空气中易氧化或挥发且复杂的体系不易后期的废物处理。作为光催化材料使用的SnS提高其比表面是提高其性能的关键因素。另外上述溶胶法中为防止SnS的氧化大多让体系处于真空或氮气环境但SnS的氧化产物SnS2和SnO2均为半导体材料它们与SnS的复合往往能通过电荷在两种物质间的转移和分离提高催化性能。因此寻找一种简单易行的合成方法控制SnS的形貌使其具有较高的比表面积获得较好的催化效果对开拓SnS的应用仍具深远意义。文章采用简单的溶剂热方法合成了多种形貌的SnS纳米材料系统地探讨了硫源、反应温度、配位剂及含量以及表面活性剂对SnS纳米材料形貌的影响。并对形貌均匀的SnS进行了光催化实验结果表明它具有较好的光催化性能。文章的研究对于SnS纳米材料的光催化应用具有一定的参考价值。1实验方法1.1SnS纳米材料的合成所有的原料均为分析纯级别购置后直接使用未作进一步的处理。将3mol的SnCl2・2H2O和等物质量的硫源分别溶于30mL的乙二醇中完全溶解后将两者混合再加适量的络合剂三乙醇胺或六甲基二硅氮烷表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或溴代十六烷基三甲胺（CTAB）。混合均匀后将其倒入100mL反应斧中反应斧密封后置于马弗炉中以10℃/min的升温速率将其升至160～200℃并保温12h自然冷却至室温产物为黑色沉淀。沉淀用无水乙醇和蒸馏中反复洗涤并离心分离4次得到的产物在60℃的真空中干燥2天。1.2样品的表征样品的物相采用XRD（RigakuD/MAX-LLIA）X射线衍射仪（CuKα）进行表征测试角为10-80°扫描速度为4°/min。样品的形貌采用电子显微镜（HitachiS-3400）进行观察。SnS的光学带隙是用50mg的样品与标准2.0g的BaSO4混合压片采用紫外光谱仪（ShimadzuUV-2550）积分球测试其吸收光谱并采用公式αhv=A（hv-Eg）n/2计算其带隙。这里α、hv、A和Eg分别为吸收系数、光子能量、比例系数及带隙。n的取值若为直接带隙则取1间接带隙取4。1.3光催化性能测试取20mg的样品置于浓度为8mg/L罗丹明（RhB）溶液中并置于暗室中进行搅拌1h使其达到吸附平衡这时RhB溶液的吸收系数不再发生变化。将其置于350W装有λ>420nm滤光片的氙灯下进行光催化反应隔段时间取出4mL的RhB溶液离心后测试其紫外吸收光谱。光催化的残余率c/c0用A/A0来表征这里c、c0分别表示RhB溶液的浓度A、A0表示RhB溶液在λ=554nm的吸收值。2结果与讨论2.1纳米SnS的形貌控制2.1.1