一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料及其制备方法和应用

本发明属于材料领域，涉及一种纳米材料，尤其涉及一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来经济发展迅速，石化能源日益枯竭，环境污染的问题也越来越严重，因此寻求清洁、高效的新能源成为了众多科学家的研究方向。氢能作为近年来的热门新能源，人们也在探究其制备方法，其中利用光催化剂来制备氢气是较为有效的方法。因此，光催化剂成为了研究的热点，为解决当前人类面临的能源和环境两大难题提供了新的思路和方向。光催化剂作为完成太阳能利用转化的关键物质，己经成为了光催化技术的研究焦点。硫化物半导体材料因其合适的能带宽度和良好的光响应范围而在光催化领域备受关注。但硫化物材料如cds等单独作为光催化剂使用时存在纳米颗粒容易团聚，易发生光腐蚀等问题，使其工业化的应用受到限制。为了解决这些问题，通常使用掺杂元素、半导体复合和表面沉积贵金属等方法对硫化物材料进行改性。不同半导体在复合后会形成异质结，在异质结界面存在的电势差能够很好的改变光生电子空穴的移动路径，从而提升其光催化效率。但目前，此类材料有限，亟需一种新的硫化物复合材料用于光催化等领域。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料及其制备方法和应用，与单一材料相比，本复合材料有效阻止了光生电子与空穴的复合，提高了其光催化效率且具有易回收的特点。

2、为实现上述目的，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料，具有这样的特征：是通过在蜘蛛丝上原位生长cds得到的具有纳米管状结构的蜘蛛丝负载cds纳米复合材料；或者，是通过在蜘蛛丝上原位生长cds后再负载nis得到的具有纳米管状结构的蜘蛛丝负载cds/nis纳米复合材料。

3、进一步，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料，还可以具有这样的特征：其中，在蜘蛛丝上原位生长cds的方法为：在蜘蛛丝溶液中加入醋酸镉和硫脲的水溶液，加热使得蜘蛛丝上原位生长cds；在蜘蛛丝上原位生长cds后再负载nis的方法为：将负载有cds的蜘蛛丝分散到醋酸镍和硫脲的水溶液中，加热负载nis。

4、本发明还提供上述蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，具有这样的特征：所述蜘蛛丝负载cds纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：s1.1、将醋酸镉和硫脲溶于去离子水中并将溶液超声，使硫化物完全溶解；s1.2、在s1.1所得的溶液中加入蜘蛛丝溶液，并超声震荡；s1.3、将s1.2所得的溶液转入聚四氟乙烯反应釜中加热反应，反应结束后将溶液离心、洗涤、干燥，得到所述蜘蛛丝负载cds纳米复合材料；

5、所述蜘蛛丝负载cds/nis纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：s2.1、将醋酸镉和硫脲溶于去离子水中并将溶液超声，使硫化物完全溶解；s2.2、在s2.1所得的溶液中加入蜘蛛丝溶液，并超声震荡；s2.3、将s2.2所得的溶液转入聚四氟乙烯反应釜中加热反应，反应结束后将溶液离心、洗涤、干燥，得到蜘蛛丝负载cds空心纳米管；s2.4、将s2.3所得的蜘蛛丝负载cds空心纳米管均匀分散到醋酸镍和硫脲的水溶液中，然后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中加热反应，反应结束后将溶液离心、洗涤、干燥，得到所述蜘蛛丝负载cds/nis纳米复合材料。

6、进一步，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述s1.1和s2.1中，醋酸镉和硫脲的质量比为0.234∶0.152～0.182。

7、进一步，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述s1.2和s2.2中，蜘蛛丝溶液的配置方法为将蜘蛛丝溶解在有机溶液中，并调节溶液的ph为5～9。

8、进一步，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述蜘蛛丝溶液的具体配置方法为：将蜘蛛丝分散在n-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜中，控制温度为160～180℃，搅拌24h，然后用400目的筛子过滤，调节溶液的ph至5～9，得到蜘蛛丝溶液。

9、进一步，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述s1.3和s2.3中，加热温度为150～200℃，加热时间为24h。

10、进一步，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述s2.4中，醋酸镍和硫脲的质量比为0.015～0.088∶0.018～0.076。

11、进一步，本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述s2.4中，加热温度为70～90℃，加热时间为12h。

12、本发明还提供上述蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的应用，用于光催化降解水污染、光电解水制氢、二氧化碳的还原及光电器件领域。

13、本发明的有益效果在于：本发明提供一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料及其制备方法，可应用于光催化降解水污染、光电解水制氢、二氧化碳的还原及光电器件等领域。该种纳米材料在蜘蛛丝上，通过原位生长的方式负载cds或负载cds再负载nis，得到蜘蛛丝负载cds纳米复合材料或蜘蛛丝负载cds/nis纳米复合材料。与其他高分子纤维相比，蜘蛛丝有独特的优势。因为蜘蛛丝作为基材原位生长cds纳米颗粒时，由于渔网式丝蛋白中的n、o原子对cd2+的引力使生成的cds纳米颗粒紧密附在蜘蛛丝上，这种负载过程既可以促进蜘蛛丝与二元金属硫化物之间的紧密接触，又可以控制二元金属硫化物的生长方向，还能调控金属硫化物晶粒的几何形貌与分散性，拓宽光谱响应范围，促进电子与空穴的分离，实现二元金属硫化物光催化性能高效、稳定的目标。另外，蜘蛛丝具有易沉降的特点，使得产物具备易回收的特点。本发明蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，操作简单，而且制品的纳米尺寸、形貌、原子比例等可控，适合进行工业化生产。

技术特征：

1.一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料，其特征在于：

3.如权利要求1或2所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求3所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求3所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求3所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：

10.如权利要求1或2所述的蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料在光催化降解水污染、光电解水制氢、二氧化碳的还原及光电器件中的应用。

技术总结
本发明公开了一种蜘蛛丝负载硫化物空心纳米管复合材料，属于材料领域，复合材料是通过在蜘蛛丝上原位生长CdS得到的具有纳米管状结构的蜘蛛丝负载CdS纳米复合材料；或者，是通过在蜘蛛丝上原位生长CdS后再负载NiS得到的具有纳米管状结构的蜘蛛丝负载CdS/NiS纳米复合材料。本发明操作简单，环境友好，可得到尺寸、形貌、原子比例可控的蜘蛛丝原位负载CdS或CdS/NiS空心纳米管，提高了CdS或CdS/NiS纳米材料的分散性；改变了光生电子空穴的运动轨迹，有效的阻止了光生电子与空穴的复合，提高了光电效率。

技术研发人员：丛园,王云豪,郭惠圆,徐佳丽,李婉萍,刘硕,茆晨,张克杰
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13