低温水热法SnS2含硫纳米材料的制备(3)

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1.3 水热合成法合成纳米材料

水热法合成又称高压溶液合成法，属于液相反应的一种。水热反应一般在特制的密闭容器中(如使用了聚4氯乙烯内衬的金属高压釜等)进行。水热法通常是将氧化物或氢氧化物（新配置的溶胶）作为前驱物。混合物料在水热反应过程中的溶解度会随着温度增加而提高，这会使得溶液过饱和并且逐步形成更稳定的氧化物新相[6]。反应过程中的驱动力来源于最后可溶解的前驱物与稳定氧化物之间的溶解度差。在制备SnS2纳米材料的水热反应中，去离子水作为溶剂和膨化促进剂的同时也可以作为一种化学组分参与合成反应。因为反应过程水受热成为水蒸汽体积膨胀，受封闭环境所限这时候无法释放压力的水又能够作为一种压力传递介质。在这个过程中通过高温生成的高压力能加速渗透反应使得复杂离子之间的反应加剧的同时还能加剧水解反应更能够使得氧化-还原势发生变化。由于水热法的操作流程工艺已经发展得相当成熟、简便，所以便于方便地控制其反应过程中的各项物理化学因素，实现无机化合物的形成和改进而且进行水热合成的成本也相对较低。并且通过水热法进行一定时间的反应能得到取向好且结晶度完美的纳米晶体。最终制成的产物晶体分布均匀，调节晶体生成的环境也相对简单，便于多次实验进行比较与分析。

1.4 增强半导体纳米材料光催化活性的主要方法

要增强半导体光催化剂的催化活性，除了物质本身的特性之外，对于半导体纳米材料而言，还可以通过改变制备时的条件控制催化剂的形貌和尺寸大小，改变禁带的宽度、提高材料的比表面积大小或增加高活性面在总暴露的面中所占据的比例等来实现。除此之外，在半导体纳米材料之间形成异质结构同样能通过降低“电子-空穴”对的复合效率达到光催化活性提高的目的[7]。

1.4.1形貌调控法

对于半导体材料，它的形貌指的是其颗粒的大小、形状。通过对形貌的调控可大幅度改变催化剂的比表面积、表面反应的活性部位的数目和暴露在反应面的晶面等，从而改变其对光的利用率以及对污染物的氧化还原能力[8]。

颗粒尺寸是影响光催化性能的重要因素。产物颗粒的尺寸越小，比表面积越大，表面的活性点也就越多，光催化性能也随之上升。

光生电子迁移时间t与各项条件的关系式如下：

式子中的D表示电子与空穴的离散系数，d表示材料颗粒的直径，k为常数。

由此可见，由于颗粒尺寸的减小，光照催化剂时光产生的电子向催化剂表面迁移的时间也会减小，通过这样可以降低光催化时产生的“电子-空穴”对的复合效率。

此外，当尺寸大小缩小至纳米级别时，材料分子会收到量子尺寸效应的影响，从而使得其能带的结构和禁带的宽度发生改变。这能让半导体材料吸收高能量的光子，提高其对于光能的利用率，增强光催化效果。催化剂颗粒的形状也会影响光催化效果。根据前人的研究，具有多孔特征的颗粒在比表面积和吸附能力上具有优势。李[9]等人通过空心球状和实心球状的Fe2O3对水杨酸的降解实验证明了含有孔隙的空心球状Fe2O3拥有更高的催化活性。这说明，拥有更大比表面积和表面活性部位的物质结构更利于分子的传输，提升催化性能。Chanchal Mondal等人对不同形貌的SnS2纳米颗粒的研究表明，纳米花结构的SnS2拥有比纳米线状结构的SnS2更为优异的光催化性能。这是由多种因素综合作用而成的。如比表面积、颗粒大小、带隙、晶相、形貌、表面化学状态和成分、结晶度和晶体缺陷。但是SnS2纳米花与纳米线的差异只有比表面积，所以可以认为对于同种物质的光催化性比表面积差异是可单独影响其对应物质的光催化性能的。研究表明，光催化过程中，主要受催化剂表面上分子的吸附和解吸作用，因此，多孔的SnS2纳米花的比表面积比纳米线形态具有更多不饱和表面配位点暴露于溶液中。此外，开放的多孔结构的存在，有助于更有效地运输到活性位点的反应物分子，从而提高了光催化效率。纳米花状相对于纳米线状的高表面积以及高孔体积，使得其成为一种优秀的还原Cr(VI)的材料。