專利名稱：一種提高硫化鋅材料光催化活性的退火處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在S氣氛條件下對ZnS材料進行退火處理以提高其光催化產(chǎn)氫活性。
背景技術(shù)：
ZnS是一種直接帶隙的II-VI族寬禁帶半導(dǎo)體，理論上具有很強的光生載流子產(chǎn)生效率。研究表明，ZnS納米材料是一類有潛在商業(yè)應(yīng)用前景的光催化劑，可以用于利用光能在水中制氫(I. Tsuji, J. Am. Chem. Soc.，2004，126，13406-13413)、醛及衍生物的光還原 (S. Yanagida, Chem. Lett. , 1985,1,141-144)、齒代苯脫齒(S. Kohtani, Chem. Lett. , 2005, 34，1056-1057)等方面。一般說來，作為一種直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，ZnS的光生載流子產(chǎn)生速率理論上要遠遠高于TiO2,因此，理論上ZnS應(yīng)有和商用TiO2可比擬的光催化效率。例如，在降解污染物分子的研究方面，一些研究表明，某些特殊形貌的ZnS納米材料，的確顯示出比TiO2更好的光催化降解活性。另外，在ZnS材料光催化產(chǎn)氫方面，一些研究也注意到即使沒有負載Pt， ZnS也能顯示很好的紫外光催化產(chǎn)氫活性。此外，基于ZnS本身只能對紫外光響應(yīng)(帶隙 3. 5ev)，許多學(xué)者做了不少有益的嘗試從而使得ZnS得以在可見光區(qū)域響應(yīng)，來提高其光催化產(chǎn)氫效率(A. Kudo and M. Sekizawa, Catal Lett, 1999, 58, 241-243 ；J. Zhang, J. G. Yu, Y. M. Zhang, Q. Li and J. R. Gong, Nano. Lett. , 2011,11,4774 ；H. Chan Youn, The Journal of Physical Chemistry，1988，92，6320-6327)。然而，在當前的ZnS光催化制氫的研究中， 對材料的晶格完整度因素如何影響其光催化制氫效率卻鮮有報道。而從本質(zhì)上說，材料的結(jié)晶度的好壞會影響電子和空穴在材料中的遷移和復(fù)合，從而對光生電子和空穴的有效分離，乃至于最終的產(chǎn)氫效率產(chǎn)生重要影響。因此研究結(jié)晶度對ZnS半導(dǎo)體材料光催化產(chǎn)氫效率的影響及影響規(guī)律，不僅有助于從基礎(chǔ)科研角度深入理解ZnS半導(dǎo)體材料光催化制氫的機制，而且對如何通過材料的設(shè)計和調(diào)控，開發(fā)具有高產(chǎn)氫活性的ZnS材料具有重大的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對ZnS材料的退火處理方法提高其光催化產(chǎn)氫活性。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種硫化鋅納米材料退火處理的方法,退火過程采用硫氣氛。所述的退火過程包括如下步驟將硫化鋅顆粒和硫粉真空密封，加熱速率為每小時 100°C，退火溫度在150°C至Ij 500°C之間，退火時間I小時到10小時。本發(fā)明的原理為通常認為光生載流子(電子和空穴)容易被各種形式的缺陷 (晶格內(nèi)部缺陷和表面缺陷)所捕獲，導(dǎo)致光生載流子從內(nèi)部擴散到表面的幾率下降，影響光催化反應(yīng)的進行。表面缺陷通?？梢酝ㄟ^表面包裹劑鈍化消除，而內(nèi)部缺陷卻很難。通過對材料進行適當溫度的退火可以在不改變材料化學(xué)成分的前提下促進材料的晶格原子的調(diào)整，減少其缺陷。ZnS材料由于其晶格能較低(-33191^/^01-1)，容易形成孿晶、堆垛層錯、S空位缺陷等，通過對其進行S氣氛退火處理，不但可以促進其晶格原子的調(diào)整，同時可以通過補充S原子達到消除S空穴缺陷的目的。材料內(nèi)部缺陷的減少有利于提高其結(jié)晶度， 降低光生電子空穴對的復(fù)合，進而提高材料的光催化活性。本發(fā)明的有益效果通過在S氣氛條件下對ZnS材料退火可以有效去除材料晶格內(nèi)部的缺陷。通過測定發(fā)現(xiàn)150°C退火溫度下能夠得到較好的材料結(jié)晶度，進一步對其進行光催化制氫實驗，發(fā)現(xiàn)相比未退火處理樣品材料的光催化產(chǎn)氫活性有了明顯的提高。
具體實施方式
實施例I :IOOmgS粉和150mgZnS納米顆粒分裝在兩個不同的干凈小石英管(一端密封)中， 再把兩個小石英管套在一個大的石英管(一端密封)中，對此石英管抽真空至管中壓強降至KT1Pa以下，再用氫氧焰密封。加熱密封好的石英管至150°C，維持在此溫度下退火lh、 2h、3h。退火后的樣品尺寸通過謝樂公式計算，比表面積通過比表面積吸附儀(ASAP 2020) 測定，光催化產(chǎn)氫量用氣相色譜儀(GC-14C，Shimadzu)檢測，結(jié)果見表I。可以看到相比未退火樣品，S氣氛下150°C退火3h的樣品光催化產(chǎn)氫活性提高了將近50%。表IS氣氛下150°C退火0_3h樣品的尺寸、比表面積和產(chǎn)氫活性
權(quán)利要求
1.一種硫化鋅納米材料退火處理的方法，其特征在于退火過程采用硫氣氛。
2.如權(quán)利要求I所述的硫化鋅納米材料退火處理的方法，其特征在于所述的退火過程包括如下步驟將硫化鋅顆粒和硫粉真空密封，加熱速率為每小時100°C，退火溫度在150°C到500°C之間，退火時間I小時至Ij 10小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高硫化鋅材料光催化產(chǎn)氫活性的退火處理方法。本發(fā)明提供了S氣氛退火處理ZnS納米材料，由于水熱合成的ZnS納米材料含有較多S空位缺陷，利用氫氧焰將ZnS材料和S粉密封在真空石英管中，加熱一定溫度退火，使S原子填充到S空位中去，消除材料的晶格內(nèi)部缺陷。本方法極大地提高了ZnS材料的光催化產(chǎn)氫活性，對ZnS材料在光催化的實際應(yīng)用能產(chǎn)生重要的影響。
文檔編號B01J27/04GK102614897SQ20121006364
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者洪楊平, 黃豐 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所