銅鋅錫硫的制備方法以及用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅鋅錫硫的制備方法以及用途，提出了一種簡(jiǎn)便的銅鋅錫硫生產(chǎn)方法，而且提出了銅鋅錫硫應(yīng)用于光催化劑的可能。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種銅鋅錫硫化合物，化合物能夠作為光催化劑，而且能夠在自然光下進(jìn)行光催化降解，方便了在化學(xué)反應(yīng)中的使用；本發(fā)明用于光催化劑的銅鋅錫硫，其價(jià)格非常便宜；本發(fā)明的生產(chǎn)步驟很簡(jiǎn)單，非常方便大量的工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】銅鋅錫硫的制備方法以及用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到化合物的制備方法，特別是涉及到銅鋅錫硫的制備方法以及用途?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]光催化劑是可利用光能量進(jìn)行光催化反應(yīng)的試劑，應(yīng)用領(lǐng)域有:表面自處理、降解環(huán)境中污染物等。常見的光催化劑是二氧化鈦光催化劑，由于其較寬的禁帶寬度，其應(yīng)用僅僅局限于紫外光范圍內(nèi)。
[0003]近年來，研究者投入了大量精力致力于探索在可見光范圍內(nèi)有良好光催化響應(yīng)的光催化劑，以充分利用自然的太陽光能量提高光催化劑的效率。
[0004]但是現(xiàn)有的光催化劑不僅成本過高；很多不能夠在自然光下進(jìn)行催化，這樣在使用時(shí)需要其他的操作，很不方便；而且現(xiàn)有的光催化劑的生產(chǎn)過程過于復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供銅鋅錫硫的制備方法以及用途，解決現(xiàn)有的光催化劑成本太高，而且不能在自然光下進(jìn)行催化，使用不方便，而且生產(chǎn)過程非常復(fù)雜的缺陷。
[0006]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):銅鋅錫硫的制備方法，包括以下步驟:
(I)準(zhǔn)備原料，該原料中按重量百分比，含有32%~34%的有機(jī)銅化合物、16%~18%的有機(jī)鋅化合物、21%~23%的有機(jī)錫化合物和26%~29%的脲類化合物，將原料中有機(jī)銅化合物、有機(jī)鋅化合物、有機(jī)錫化合物、脲類化合物均勻混合分散在60-80ml的乙二醇溶液中，形成前驅(qū)體溶液。
[0007](2)對(duì)前驅(qū)體溶液進(jìn)行加熱，加熱溫度為160°C~200 °e，加熱時(shí)間為8_12分鐘，加熱過程中對(duì)溶液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?br> (3)步驟(2)中的溶液冷卻后，即得到銅鋅錫硫和反應(yīng)溶液的混合液；
(4)對(duì)混合液進(jìn)行減壓過濾以及真空干燥后，得到銅鋅錫硫。
[0008]本發(fā)明中的銅鋅錫硫，生產(chǎn)方法比較簡(jiǎn)單，只需要配出合適的原料，溶解在乙二醇溶液中，進(jìn)行加熱反應(yīng)即可生產(chǎn)出銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求不高，生產(chǎn)成本低廉，而且易于大量型的工業(yè)生產(chǎn)。
[0009]進(jìn)一步，步驟(2)中對(duì)前驅(qū)體溶液的加熱采用微波反應(yīng)發(fā)生器進(jìn)行加熱，并使用配套的磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，不僅能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)溫度，也能夠調(diào)節(jié)攪拌速度，保證反應(yīng)的完整性。微波反應(yīng)器與通常的反應(yīng)器相比，升溫速度快，能夠快速達(dá)到反應(yīng)溫度，無中間副產(chǎn)物生成。另外，微波反應(yīng)器能夠確保反應(yīng)體系受熱均勻，使得最后得到的產(chǎn)物粒徑分布均勻。
[0010]進(jìn)一步，步驟(1)中有機(jī)銅化合物、有機(jī)鋅化合物、有機(jī)錫化合物、脲類化合物分別占原料中總質(zhì)量的33.4%，16.85%，21.75%和28%時(shí)為最佳配比，在這一配比條件下制備的產(chǎn)物不含其他雜質(zhì)， 結(jié)晶性好。
[0011]銅鋅錫硫的用途，能夠在自然光照下對(duì)環(huán)境水體中的有機(jī)污染物能夠進(jìn)行光催化降解。
[0012]銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)是一種四元化合物半導(dǎo)體材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地殼中的含量十分豐富，銅鋅錫硫不含有稀有金屬和有毒元素，更為重要的是其直接帶隙寬度在1.5eV左右，與太陽光光譜非常匹配，并且對(duì)可見光的吸收系數(shù)高達(dá)1O4 CnT1數(shù)量級(jí)。銅鋅錫硫能夠在自然光下進(jìn)行光催化降解，方便了催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的使用。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:通過本發(fā)明提供的快速節(jié)能方法，使用本發(fā)明生產(chǎn)銅鋅錫硫反應(yīng)時(shí)間短，生產(chǎn)過程中功耗較低，耗能較少而且生產(chǎn)效果良好，可大量制備結(jié)晶性良好，晶體表面缺陷少的高純銅鋅錫硫納米粒子。制備的銅鋅錫硫納米粒子因其帶隙合適，晶體表面缺陷少，在可見光照射下激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴，僅需在污染水體中投遞少量銅鋅錫硫納米粒子便能夠使水體中的有機(jī)染料污染物如亞甲基藍(lán)自然降解。
[0014]本發(fā)明提供一種銅鋅錫硫化合物，化合物能夠作為光催化劑，而且能夠在自然光下進(jìn)行光催化降解，方便了在化學(xué)反應(yīng)中的使用；本發(fā)明用于光催化劑的銅鋅錫硫，其價(jià)格非常便宜；本發(fā)明的生產(chǎn)步驟很簡(jiǎn)單，非常方便大量的工業(yè)生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為銅鋅錫硫的透射電鏡圖；
圖2為銅鋅錫硫的超高分辨透射電鏡圖；
圖3為銅鋅錫硫的X射線衍射圖譜；
圖4為銅鋅錫硫在500W模擬太陽光源氙燈光照下降解亞甲基藍(lán)時(shí)UV-Vis光吸收曲
線.圖5為圖4中UV-Vis光吸收曲線峰值相對(duì)應(yīng)的吸光度比值C/Q曲線；
圖6為圖5中In(CcZC)A的比值曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
【實(shí)施例1】
一種銅鋅錫硫化合物的制備方法，包括以下步驟:
(1)將0.4g乙酸銅、0.22g乙酸鋅、0.24g乙酸錫和0.30g硫脲均勻混合分散在60ml的乙二醇溶液中，形成前驅(qū)體溶液；
(2)將前驅(qū)體溶液放入微波反應(yīng)發(fā)生器進(jìn)行加熱，微波反應(yīng)發(fā)生器的功率為400W，即加熱溫度為160°C~180 ，加熱時(shí)間為8分鐘，加熱過程中用磁力攪拌器對(duì)溶液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?br> (3)步驟(2)中的溶液冷卻后，即得到銅鋅錫硫和反應(yīng)溶液的混合液；
(4)對(duì)混合液進(jìn)行減壓過濾以及真空干燥后，得到銅鋅錫硫。
[0017]本發(fā)明中的銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，生產(chǎn)方法比較簡(jiǎn)單，只需要配出合適的原料，溶解在乙二醇溶液中，進(jìn)行加熱反應(yīng)即可生產(chǎn)出銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求不高。
[0018]本發(fā)明生產(chǎn)的銅鋅錫硫化合物能夠在自然光照下對(duì)環(huán)境水體中的有機(jī)污染物能夠進(jìn)行光催化降解。[0019]銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)是一種四元化合物半導(dǎo)體材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地殼中的含量十分豐富，銅鋅錫硫不含有稀有金屬和有毒元素，更為重要的是其直接帶隙寬度在1.5eV左右，與太陽光光譜非常匹配，并且對(duì)可見光的吸收系數(shù)高達(dá)IO4 CnT1數(shù)量級(jí)。本發(fā)明的銅鋅錫硫化合物能夠在自然光下進(jìn)行光催化降解，方便了催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的使用。
[0020]本實(shí)施例針對(duì)銅鋅錫硫的光催化性能做了試驗(yàn):圖1所示為銅鋅錫硫的透射電鏡圖；圖2所示為銅鋅錫硫的超高分辨透射電鏡圖；圖3為銅鋅錫硫的X射線衍射圖譜；在銅鋅錫硫可見光催化降解亞甲基藍(lán)測(cè)試階段，首先取40mg制備的銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，配置200ml濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，在模擬太陽光源氙燈的照射下，將銅鋅錫硫半導(dǎo)體催化劑加入亞甲基藍(lán)溶液，在銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑的作用下，進(jìn)行30分鐘的暗反應(yīng)階段，之后加入Iml雙氧水，分別在第0、30、60和90分鐘取樣測(cè)得其紫外可見吸收曲線，如圖4。
[0021]【實(shí)施例2】
一種銅鋅錫硫化合物的制備方法，包括以下步驟:
(1)將0.4g氯化銅、0.18g氯化鋅、0.24g氯化錫、0.30g硫脲均勻混合分散在70ml的乙二醇溶液中，形成前驅(qū)體溶液；
(2)將前驅(qū)體溶液放入微波反應(yīng)發(fā)生器進(jìn)行加熱，微波反應(yīng)發(fā)生器的功率為500W，即加熱溫度為170°C~190 ，加熱時(shí)間為10分鐘，加熱過程中用磁力攪拌器對(duì)溶液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?br> (3)步驟(2)中的溶液冷卻后，即得到銅鋅錫硫和反應(yīng)溶液的混合液；
(4)對(duì)混合液進(jìn)行減壓過濾以及真空干燥后，得到銅鋅錫硫。
[0022]本發(fā)明中的銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，生產(chǎn)方法比較簡(jiǎn)單，只需要配出合適的原料，溶解在乙二醇溶液中，進(jìn)行加熱反應(yīng)即可生產(chǎn)出銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求不高。
[0023]本發(fā)明生產(chǎn)的銅鋅錫 硫化合物能夠在自然光照下對(duì)環(huán)境水體中的有機(jī)污染物能夠進(jìn)行光催化降解。
[0024]銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)是一種四元化合物半導(dǎo)體材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地殼中的含量十分豐富，銅鋅錫硫不含有稀有金屬和有毒元素，更為重要的是其直接帶隙寬度在1.5eV左右，與太陽光光譜非常匹配，并且對(duì)可見光的吸收系數(shù)高達(dá)IO4 CnT1數(shù)量級(jí)。本發(fā)明的銅鋅錫硫化合物能夠在自然光下進(jìn)行光催化降解，方便了催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的使用。
[0025]本實(shí)施例也做了試驗(yàn):首先配制200ml濃度為10ml/L的亞甲基藍(lán)溶液，取40mg銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑加入亞甲基藍(lán)溶液中，然后在模擬光源氙燈的照射下測(cè)試其光催化性能。首先進(jìn)行30分鐘的暗反應(yīng)階段，之后加入Iml雙氧水，分別在第0、30、60和90分鐘取樣測(cè)得其紫外可見吸收曲線。圖5是UV-Vis光吸收曲線峰值相對(duì)應(yīng)的吸光度比值C/Q曲線.(C是當(dāng)前時(shí)間的吸光度，C0是第O分鐘的吸光度)
【實(shí)施例3】
一種銅鋅錫硫化合物的制備方法，包括以下步驟:
(1)將0.4g硝酸銅、0.18g硝酸鋅、0.24g硝酸錫和0.30g硫脲均勻混合分散在80ml的乙二醇溶液中，形成前驅(qū)體溶液；
(2)將前驅(qū)體溶液放入微波反應(yīng)發(fā)生器進(jìn)行加熱，微波反應(yīng)發(fā)生器的功率為600W，加熱溫度為180°C~200 ，加熱時(shí)間為12分鐘，加熱過程中用磁力攪拌器對(duì)溶液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?br> (3)步驟(2)中的溶液冷卻后，即得到銅鋅錫硫和反應(yīng)溶液的混合液；
(4)對(duì)混合液進(jìn)行減壓過濾以及真空干燥后，得到銅鋅錫硫。
[0026]本發(fā)明中的銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，生產(chǎn)方法比較簡(jiǎn)單，只需要配出合適的原料，溶解在乙二醇溶液中，進(jìn)行加熱反應(yīng)即可生產(chǎn)出銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求不高。
[0027]本發(fā)明生產(chǎn)的銅鋅錫硫化合物能夠在自然光照下對(duì)環(huán)境水體中的有機(jī)污染物能夠進(jìn)行光催化降解。
[0028]銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)是一種四元化合物半導(dǎo)體材料，其中Cu、Zn、Sn、S在地殼中的含量十分豐富，銅鋅錫硫不含有稀有金屬和有毒元素，更為重要的是其直接帶隙寬度在
1.5eV左右，與太陽光光譜非常匹配，并且對(duì)可見光的吸收系數(shù)高達(dá)IO4 CnT1數(shù)量級(jí)。本發(fā)明的銅鋅錫硫化合物能夠在自然光下進(jìn)行光催化降解，方便了催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的使用。
[0029]本實(shí)施例也做了試驗(yàn):首先取40mg制備的銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑，配置200ml濃度為10 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，在模擬太陽光源氙燈的照射下，將銅鋅錫硫半導(dǎo)體催化劑加入亞甲基藍(lán)溶液，在銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑的作用下，進(jìn)行30分鐘的暗反應(yīng)階段，之后加入Iml雙氧水，分別在第0、30、60和90分鐘取樣測(cè)得其紫外可見吸收曲線。圖6顯示了第0、30、60和90分鐘時(shí)In(CcZC)與時(shí)間t的一次直線擬合曲線。測(cè)得銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑在可見光下對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化速率常數(shù)為K=2.39 h'
【權(quán)利要求】
1.銅鋅錫硫的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)準(zhǔn)備原料，該原料中按重量百分比，含有32%~34%的有機(jī)銅化合物、16%~18%的有機(jī)鋅化合物、21%~23%的有機(jī)錫化合物和26%~29%的脲類化合物，將原料中有機(jī)銅化合物、有機(jī)鋅化合物、有機(jī)錫化合物、脲類化合物均勻混合分散在60-80ml的乙二醇溶液中，形成前驅(qū)體溶液； (2)對(duì)前驅(qū)體溶液進(jìn)行加熱，加熱溫度為160°C~200°e，加熱時(shí)間為8-12分鐘，加熱過程中對(duì)溶液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁? (3)步驟(2)中的溶液冷卻后，即得到銅鋅錫硫和反應(yīng)溶液的混合液； (4)對(duì)混合液進(jìn)行減壓過濾以及真空干燥后，得到銅鋅錫硫半導(dǎo)體光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅鋅錫硫的制備方法，其特征在于，步驟(2)中對(duì)前驅(qū)體溶液的加熱采用微波反應(yīng)發(fā)生器進(jìn)行加熱，并使用配套的磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，不僅能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)溫度，也能夠調(diào)節(jié)攪拌速度，保證反應(yīng)的完整性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅鋅錫硫的制備方法，其特征在于，所述的原料中含有33.4%的有機(jī)銅化合物、16.85%的有機(jī)鋅化合物、21.75%的有機(jī)錫化合物和28%的脲類化合物。
4.銅鋅錫硫的用途，其特征在于，能夠在自然光照下對(duì)環(huán)境水體中的有機(jī)污染物能夠進(jìn)行光催化降解。
【文檔編號(hào)】B01J27/04GK103613119SQ201310588975
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】周志華, 張平安, 林越來, 李玉蘭, 李含冬, 巫江, 王志明 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)