【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能材料，具体涉及一种一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、化石燃料的快速消耗导致日益严重的能源短缺和环境恶化问题，而光催化技术能够通过氧化还原反应将可再生的太阳能转化为化学能，并消除有害物质，在人类社会的可持续发展方面发挥着十分重要的作用。cds是一种n型半导体材料，禁带宽度约为2.4ev，可见光吸收能力强，导带电势低，因此可用于催化各种类型的光催化还原反应。然而，纯cds在光催化反应中会出现光生电荷复合速率高和光腐蚀等问题，导致其光催化活性显著降低。
2、p-n异质结的内建电场能够有效驱动光生电子和空穴往异质界面的相反方向移动，从而实现载流子的空间分离，提高光催化效率和稳定性，因此，构建基于cds的p-n异质结能够有效提高光催化活性。在过渡金属硫化物中，cus是一种典型的p型半导体，而且其禁带宽度很小，可以对可见光甚至红外光有良好的响应，构筑基于cds与cus的p-n半导体异质结有望获得高效的光催化活性。然而，目前的cds-cus p-n异质结通常缺乏紧密的耦合界面，而且界面处存在很多结构缺陷，这大幅度降低了异质结的稳定性及其电荷分离效率，使得cds-cus p-n异质结的光催化活性仍不够高。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料的光催化活性高。
2、为了实现上述
3、本专利技术提供了一种一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料，包括纳米cds和外延生长在所述纳米cds表面的纳米cus。
4、本专利技术提供了上述技术方案所述一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将纳米cds、铜盐、硫化铵、水和聚乙烯吡咯烷酮混合，进行水热反应，在纳米cds表面外延生长纳米cus，得到一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料。
5、优选的，所述铜盐中铜元素和硫化铵中硫元素的摩尔比为1：1～10。
6、优选的，所述铜盐包括氯化铜、硝酸铜、乙酸铜和硫酸铜中的一种或几种。
7、优选的，所述纳米cds和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：0.2～60。
8、优选的，所述水热反应的温度为60～220℃，时间为5～24h。
9、优选的，所述纳米cds的制备方法包括以下步骤：
10、将镉源、硫源和乙二胺混合，进行溶剂热反应，得到所述纳米cds。
11、优选的，所述镉源包括乙酸镉、硝酸镉、氯化镉和硫酸镉中的一种或几种；
12、所述硫源包括硫代乙酰胺、硫粉和硫脲中的一种或几种；
13、所述镉源中镉元素和硫源中硫元素摩尔比为1：1～8；
14、所述溶剂热反应的温度为150～220℃，时间为12～24h。
15、本专利技术提供了上述技术方案所述的一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料或上述技术方案所述制备方法制得的一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料作为催化剂的应用。
16、优选的，所述应用包括在可见光催化分解水产氢反应中的应用。
17、本专利技术提供了一种一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料，包括纳米cds和外延生长在所述纳米cds表面的纳米cus。本专利技术提供的一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料中，纳米cus沿纳米cds的原晶格方向外延生长，减少了界面缺陷，促进了电子的有效传输，进而提高了一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料的光催化活性，应用于可见光催化分解水产氢反应中时，产氢速率最高可达1585.7μmol·g-1·h-1。
18、本专利技术提供了上述技术方案所述一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将纳米cds、铜盐、硫化铵、水和聚乙烯吡咯烷酮混合，进行水热反应，在纳米cds表面外延生长纳米cus，得到一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料。本专利技术通过溶液法在纳米cds表面外延生长纳米cus，纳米cus沿纳米cds的原晶格方向外延生长，构筑得到具有外延异质界面的一维半导体单晶cds-cus p-n异质纳米结构，提高了一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料的光催化活性；通过添加聚乙烯吡咯烷酮(pvp)作为表面活性剂，对金属离子产生配位吸附，降低了反应溶液的成核过饱和度，从而减少了纳米cus在反应溶液中的均相成核概率，促进了纳米cus在纳米cds表面的外延生长。而且，相关技术中外延生长通常要求结合的两种半导体材料之间满足晶格失配度<5％的要求，而本专利技术制得的一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料中cus和cds晶面的晶格失配度高达18％，无需满足晶格失配度<5％的要求即可实现cus的外延生长。
19、进一步的，相关技术中cds-cus p-n异质结的外延生长通常需要使用价格昂贵的溶剂和前驱体，以及苛刻的反应条件(如反应温度在250℃以上、真空或惰性气体氛围中进行)，而本专利技术无需在很高的反应温度下反应(60～220℃)，反应在水中进行，无需昂贵的前驱体以及真空或惰性气体保护，操作简单，可操作性强，成本低，适宜工业化生产。
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1.一种一维CdS-CuS外延p-n异质结纳米材料，包括纳米CdS和外延生长在所述纳米CdS表面的纳米CuS。
2.权利要求1所述一维CdS-CuS外延p-n异质结纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐中铜元素和硫化铵中硫元素的摩尔比为1：1～10。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐包括氯化铜、硝酸铜、乙酸铜和硫酸铜中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米CdS和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：0.2～60。
6.根据权利要求2、3或5所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为60～220℃，时间为5～24h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米CdS的制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述镉源包括乙酸镉、硝酸镉、氯化镉和硫酸镉中的一种或几种；
9.权利要求1所述的一维CdS-CuS外延p-n异质结纳米材料或
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括在可见光催化分解水产氢反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料，包括纳米cds和外延生长在所述纳米cds表面的纳米cus。
2.权利要求1所述一维cds-cus外延p-n异质结纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐中铜元素和硫化铵中硫元素的摩尔比为1：1～10。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐包括氯化铜、硝酸铜、乙酸铜和硫酸铜中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米cds和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：0.2～60。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：林海峰，孔梦丹，王磊，黎艳艳，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：
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