自组装在柔性衬底碳纸上的棕榈状SnS2及其制备方法与流程

自组装在柔性衬底碳纸上的棕榈状sns2及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及光电催化材料技术领域，具体涉及一种自组装在柔性衬底碳纸上暴露高活性面的棕榈状sns2及其制备方法。


背景技术：

2.随着经济和工业的加速发展，全球气候变暖、能源短缺以及环境污染问题相继出现，煤炭和石油等传统化石燃料的大量消耗导致了大气中二氧化碳(co2)浓度的惊人增加和水污染。在这种情况下，发展各种方法将二氧化碳转化为含碳燃料和清除有害污染物是极其重要和紧迫的。与生物和化学方法相比，光催化纳米材料是将太阳能转化为环境净化和生产可再生能源的可持续绿色技术。光催化分解co2作为一种能将co2转化为碳氢化物的方式而备受关注。
3.锡氧化物由于其在气敏、光电等领域有着广泛的应用前景而引起人们极大的兴趣。混合价态的四氧化三锡具有更小的能带宽度，有望实现在可见光下的高光电响应。申请人在前期的工作中研究了在柔性衬底上自组装四氧化三锡纳米片的制备方法，其制备方法简单，在可见光下具备良好的光电响应性能且性能较为稳定。但四氧化三锡几乎没有光热效应，光热催化基于光化学和热化学反应途径之间的协同作用，可以明显提高催化活性，调变催化反应路径和选择性。发展吸收范围宽、光热转换优异且催化活性高的光热催化剂，对于太阳能利用和催化反应至关重要。二硫化锡(sns2)具有合适的带隙(2.2ev)和带边位置，是一种极具潜力的可见光光催化剂。然而，sns2仍然存在水热法合成没有优势形貌，光激发载流子分离效率低，比表面积小，催化动力学差等缺陷。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足之处，本发明以在柔性衬底上自组装的四氧化三锡为模板，进行二次水热反应从而得到纯的二硫化锡，以增强其比表面积，进一步增强其光电催化性能。
5.一种自组装在柔性衬底碳纸上的棕榈状sns2的制备方法，包括如下步骤：
6.1)以sncl2·
2h2o粉末和na3c6h5o7·
2h2o粉末为原料，在亲水处理的碳纸上水热反应，得到四氧化三锡；
7.2)将四氧化三锡烘干后垂直放入含有硫代乙酰胺溶液的反应釜中，160℃水热硫化3～12h；
8.3)冷却至室温，取出样品用去离子水冲洗干净后置于60℃烘箱中烘干，即得。
9.优选地，所述亲水处理的碳纸是分别用丙酮、酒精和去离子水超声处理后的碳纸。
10.优选地，所述步骤1)的水热反应条件为在180℃下反应12h。
11.优选地，所述硫代乙酰胺溶液的浓度为0.22mol/l。
12.本发明提供一种如上所述的制备方法制得的自组装在柔性衬底碳纸上的棕榈状sns2。
13.本发明的有益效果是：与普通水热合成的二硫化锡相比，本发明制备的样品拥有较大比表面积和大量活性中心，形成了特殊的棕榈树状的纳米片结构相间的形貌；棕榈树状sns2构成的具有高效的光热转化效率，相较sn3o4对近红外光线的吸收有了明显提升，体现出了较好的光电催化性能。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为实施例1和实施例2制得的材料的xrd对比图。
16.图2为实施例3的xrd对照图。
17.图3为实施例1和实施例2制得的材料的xps总图对比图。
18.图4为实施例1和实施例2制得的材料的xps锡元素价态对比图。
19.图5为sn3o4的sem图。
20.图6为实施例1制得的sns2的sem图。
21.图7为实施例2制得的sns2的sem图。
22.图8为实施例1和实施例2制得的材料的光热效应对比图。
23.图9为四氧化三锡和单层、双层二硫化锡的光吸收对比图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
26.实施例1：
27.1)合成四氧化三锡，依据申请人前期工作进行，具体步骤如下：
28.将实验中所用到的烧杯、量筒用超声清洗机清洗干净；碳纸分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗干净；
29.称量原料1.073g sncl2·
2h2o粉末和2.94g na3c6h5o7·
2h2o粉末置于20ml去离子水与20ml无水乙醇的混合溶液中，将混合液放在磁力搅拌器上搅拌至完全溶解；
30.将搅拌均匀的反应溶液转移至50ml的聚四氟乙烯反应釜中，将经亲水处理的碳纸垂直放入反应釜中，进行高温反应，在烘箱中进行高温高压反应，180℃下水热生长12小时；待反应釜冷却至室温将样品取出；
31.用去离子水冲洗干净后置于60℃干燥箱中烘干；即得。
32.2)合成二硫化锡
33.称量0.667g硫代乙酰胺(taa)加入40ml去离子水中，超声溶解：
34.将taa溶液转移至50ml的聚四氟乙烯反应釜中，烘干的样品垂直放入反应釜中，
160℃下水热硫化3小时；待反应釜冷却至室温将样品取出；用去离子水冲洗干净后置于60℃干燥箱中烘干；即得。
35.实施例2：
36.同实施例1，区别在于步骤2)中的反应条件设置为160℃反应12h。
37.实施例3：
38.同实施例1，区别在于步骤2)中的反应条件设置为150℃反应12h。
39.图1和图2显示了实施例1-3的xrd对照图，从图2中可以发现温度在150℃时，制得的材料为sn3o4和sns2的混合物，升高温度至160℃时得到了纯的sns2。
40.图3-4分别是实施例1-2制得的sns2材料xps总图对比图以及锡元素价态对比图。图3的xps显示硫化过后o1s的峰位完全消失，s 2p和s 2s出现表明sn3o4完全硫化，图4显示硫化过后sn 3d的峰由二价和四价共存变成只存在四价锡同样表明sn3o4完全硫化。即实施例1和实施例2均制得了纯的sns2材料。
41.图5为sn3o4的sem图，从图中可以看出具有较大比表面积的纳米片结构，经过硫化3h后，比表面积进一步增大如图6所示；继续硫化至12h，从图7中可以看出形成了大小相间的双层纳米片，如同棕榈树状结构，该结构更有利于增强吸光性能和光热性能。图8为实施例1和实施例2分别在可见光和近红外光下照射180秒的热成像对比图，图中显示本案制得的二硫化锡具有光热效应，且双层棕榈状sns2光热性能好于单层sns2。
42.图9则显示了四氧化三锡和单层、双层二硫化锡的光吸收，相较于sn3o4双层棕榈状sns2对近红外光线的吸收有了明显提升。
43.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。