CN113104885B - 非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用 - Google Patents
非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113104885B CN113104885B CN202110261578.2A CN202110261578A CN113104885B CN 113104885 B CN113104885 B CN 113104885B CN 202110261578 A CN202110261578 A CN 202110261578A CN 113104885 B CN113104885 B CN 113104885B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layered
- preparation
- reaction
- nano
- nanosheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- QCJQWJKKTGJDCM-UHFFFAOYSA-N [P].[S] Chemical compound [P].[S] QCJQWJKKTGJDCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims description 10
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims description 8
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 6
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VKCLPVFDVVKEKU-UHFFFAOYSA-N S=[P] Chemical class S=[P] VKCLPVFDVVKEKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000001362 electron spin resonance spectrum Methods 0.000 description 4
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 3
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrachloride;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004098 selected area electron diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical group 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/14—Phosphorus; Compounds thereof
-
- B01J35/39—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0238—Impregnation, coating or precipitation via the gaseous phase-sublimation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G19/00—Compounds of tin
- C01G19/006—Compounds containing, besides tin, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/01—Crystal-structural characteristics depicted by a TEM-image
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
- C01P2004/24—Nanoplates, i.e. plate-like particles with a thickness from 1-100 nanometer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
本发明提供一种非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用，所述制备方法包括将硫磷混合粉末与SnS2纳米晶进行化学气相沉积反应的步骤；其中，所述硫磷混合粉末位于反应器的上游，所述SnS2纳米晶位于下游，上游加热温度设为270～330℃，下游加热温度设为340～380℃。本发明的方法可以快速且低成本地在基底上生长大面积均匀分布的Sn2P2S6纳米片，所得Sn2P2S6纳米片结晶性好，化学性质稳定，在光催化析氢领域中有广阔的应用前景。该方法易操作、所需设备简单，并且可以高效率地应用到大规模工业生产方面。
Description
技术领域
本发明涉及无机半导体纳米材料领域，尤其涉及一种非层状 Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用。
背景技术
二维金属磷硫化物(MPX，X＝S、Se、Te等)因其独特的物理和化学性质近期在国际社会上受到广泛的关注，并在催化、清洁能源存储与转化等领域存在广泛应用。
根据其结晶结构的不同,二维金属磷硫化物(MPX)可以分为以下四类：磷原子与金属原子四面体配位(如CrPS4)，磷原子与金属原子八面体配位(如Pd3P2S8)，磷原子对与金属原子八面体配位(如 NiPS3)，以及磷原子对通过八面体配位而金属原子为三棱柱结构(如Sn2P2S6和Pb2P2S6)。不同于前三种金属磷硫化物的层状结构，第四类金属磷硫化物为非层状结构，结晶结构中P2X6单元沿P-P方向被略微拉长。
Sn2P2S6材料结晶结构中由于具有不对称中心而表现出独特的铁电、压电以及热电等物理性质受到研究人员的广泛关注。目前Sn2P2S6的制备主要通过化学气相传输先制备得到块状Sn2P2S6，再通过液相插层剥离的方法将Sn2P2S6块状材料层层剥离得到Sn2P2S6纳米片。该方法较为繁琐，通过化学气相传输的方法合成Sn2P2S6材料，其制备周期较长，一般需要数周甚至数月的时间，且通过该方法仅能得到块状Sn2P2S6材料，为得到Sn2P2S6纳米片需要对其进行液相插层剥离处理，但液相插层剥离的方法往往会在材料中引入溶剂杂质，并且该方法受限于材料本身的层状结构，只能得到层状Sn2P2S6纳米片。因此，研发一种高效可行的非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用。
本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，包括将硫磷混合粉末与SnS2纳米晶进行化学气相沉积反应的步骤；其中，所述硫磷混合粉末位于反应器的上游，所述SnS2纳米晶位于下游，上游加热温度设为270～330℃，下游加热温度设为340～380℃。
本发明采用化学气相沉积法，通过控制合适的加热温度使硫磷蒸气与SnS2纳米晶发生反应，从而快速且低成本地在基底上生长大面积均匀分布的Sn2P2S6纳米片。所得到的Sn2P2S6纳米片结晶性好，化学性质稳定。该方法易操作、所需设备简单，并且可以高效率地应用到大规模工业生产方面。
本发明中所述反应器优选为双温区管式炉。
在本发明的优选实施方式中，将负载于基底上的SnS2纳米晶与红磷/硫混合粉末分别置于双温区管式炉的下游和上游，加热进行化学气相反应。所述双温区管式炉的下游温度(Zone-Ⅱ)设置为 340～380℃，可设置为340℃、350℃、380℃。所述双温区管式炉的上游炉温(Zone-Ⅰ)设置为270～330℃，可设置为270℃、300℃、 320℃、330℃。
优选地，所述上游加热温度设为300℃，所述下游加热温度设为 350℃。
优选地，所述化学气相沉积反应的持续时间为30～60分钟，具体可以为30分钟、40分钟、60分钟，更优选为40分钟。
优选地，所述反应器内通有高纯氩气(99.999％)，所述氩气的流量为80～120sccm，可设置为80sccm、100sccm、120sccm，更优选为 100sccm。
优选地，在通入高纯氩气之前，对反应器进行抽真空处理，并在反应过程中维持低压(50～200Pa)状态。
优选地，所述SnS2纳米晶通过溶剂热法制备得到。
在本发明的优选实施方式中，所述SnS2纳米晶的制备方法包括：将硫代乙酰胺和五水四氯化锡溶解在异丙醇中获得反应前驱体溶液，将所述反应前驱体溶液转移至反应釜中，将基底斜靠于反应釜中，于 170～200℃进行溶剂热反应，反应完成后得到负载于基底上的SnS2纳米晶。
其中，所述基底主要起支撑作用负载样品，同时便于收集反应后生成的Sn2P2S6，可以为碳布纤维或FTO导电玻璃等，优选为碳布纤维，尺寸约为3cm×2cm。
所述硫代乙酰胺的质量为48.0mg，所述五水四氯化锡的质量为 56.0mg，所述异丙醇的体积为40mL。
所述溶剂热反应在封闭的反应釜中进行，反应时间为18～30h，可为18h、24h或30h，优选为24h。
所述溶剂热反应温度优选为180℃。
反应结束后对所得产物进行多次洗涤，后于60～80℃条件下干燥。
通过上述制备方法制备得到的非层状Sn2P2S6纳米片，其厚度为 7～12纳米，横向尺寸为1～5微米，纵向尺寸为4～8微米。
在具体优选实施方式中，所得Sn2P2S6纳米片的厚度约为9纳米，横向尺寸约为3微米，纵向尺寸约为6微米。根据XRD以及TEM谱图可知其为非层状结构。而且制备得到的Sn2P2S6纳米片中元素分布均匀，Sn:P:S三种元素原子比接近2:2:6，符合Sn2P2S6的各元素组成比例。
本发明还提供所述非层状Sn2P2S6纳米片在光催化析氢领域中的应用。
本发明提供了一种非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，采用化学气相沉积法，通过控制合适的加热温度使硫磷蒸气与SnS2纳米晶发生反应，从而快速且低成本地在基底上生长大面积均匀分布的 Sn2P2S6纳米片，所得Sn2P2S6纳米片结晶性好，化学性质稳定，在光催化析氢领域中有广阔的应用前景。该方法易操作、所需设备简单，并且可以高效率地应用到大规模工业生产方面。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于制备大面积二维非层状Sn2P2S6纳米片的装置结构图；
图2为实施例1所得二维Sn2P2S6纳米片的扫描电子显微镜(SEM) 照片；
图3为实施例1所得Sn2P2S6纳米片的X射线衍射图谱(XRD)、相应的标准PDF卡片以及基于Sn2P2S6纳米片的结晶结构得到的理论计算图谱；
图4为实施例1所得二维Sn2P2S6纳米片的拉曼光谱(Raman) 分析图谱；
图5中a为实施例1所得Sn2P2S6纳米片的透射电子显微镜(TEM) 照片；b为Sn2P2S6纳米片的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片； c为Sn2P2S6纳米片的选区电子衍射图案(SAED)；
图6中a为实施例1所得Sn2P2S6纳米片的元素分布面扫描图；b 为Sn2P2S6纳米片的X射线能谱分析；
图7为实施例1所得Sn2P2S6纳米片的原子力显微镜(AFM)图及其厚度分析结果；
图8中a为模拟太阳光(AM 1.5G,100mW cm-2)条件下，实施例 1所得Sn2P2S6纳米片在纯水中的光催化产氢性能测试结果；b为 Sn2P2S6纳米片在进行光催化析氢性能测试时测得的电子自旋共振光谱；
图9为实施例2所得二维Sn2P2S6纳米片的扫描电子显微镜(SEM) 照片；
图10为实施例3所得Sn2P2S6微米颗粒的扫描电子显微镜(SEM) 照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
若未特别指明，本发明实施例中所用的实验试剂和材料等均可市售获得。
若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例提供一种高质量大面积非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，具体步骤如下：
(1)将48.0mg硫代乙酰胺(C2H5NS)、56.0mg五水四氯化锡 (SnCl4·5H2O)溶解在40mL异丙醇(C3H8O)中，超声5分钟后将溶液转移至50mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将长宽比为3cm×2cm 的碳布纤维斜靠于反应釜中，于180℃进行溶剂热反应，保温24小时，反应完成后得到负载于碳布纤维上的SnS2纳米晶。
(2)将负载于碳布纤维上的SnS2纳米晶和红磷/硫混合粉末分别置于两石英套管的封口端，并放于双温区管式炉的Zone-Ⅱ和Zone- Ⅰ加热区，相隔距离为25厘米，用机械泵对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入高纯氩气100sccm，并保持该流量持续至反应结束，具体装置结构图如图1所示。将下游的炉温升至350℃，上游的炉温升至300℃，保持气相反应时长40分钟，然后自然冷却，得到均匀负载的Sn2P2S6纳米片。
以下部分简要阐明其性能指标：
图2为本实施例所得二维非层状Sn2P2S6纳米片的扫描电子显微镜(SEM)照片，可以看出Sn2P2S6纳米片良好的尺寸均匀性和高质量的结晶性。
图3为本实施例所得二维非层状Sn2P2S6纳米片的X射线衍射图谱(XRD)、相应的标准PDF卡片以及基于Sn2P2S6纳米片的结晶结构得到的理论计算图谱。通过将Sn2P2S6纳米片的X射线衍射图谱与相应的标准PDF卡片对比可以发现Sn2P2S6纳米片为纯相单斜晶体，并且Sn2P2S6纳米片的X射线衍射图谱与理论计算图谱结果一致。
图4为本实施例所得二维非层状Sn2P2S6纳米片的拉曼光谱 (Raman)分析图谱，可以看出Sn2P2S6纳米片具有典型的一级拉曼振动峰，其中包括两个面内拉曼振动峰Eg(～247和～558cm-1)和两个层间拉曼振动峰A1g(～188和～380cm-1)。
图5中a为本实施例所得二维非层状Sn2P2S6纳米片的透射电子显微镜(TEM)照片，可以看出Sn2P2S6纳米片的横向尺寸约为3μm，纵向尺寸约为6μm；b为Sn2P2S6纳米片的高分辨透射电子显微镜 (HRTEM)照片；c为Sn2P2S6纳米片的选区电子衍射图案(SAED)。从图中可以看出，实施例1所得到的Sn2P2S6纳米片具有较高的结晶度；高分辨透射电子显微镜图片中的晶格条纹表明其层间距为0.432nm；Sn2P2S6纳米片选区电子衍射图案中的衍射斑点分别与单斜非层状Sn2P2S6的(110),(12-2)和(23-2)晶面对应。
图6中a为本实施例所得二维非层状Sn2P2S6纳米片的元素分布面扫描图，可以看到Sn2P2S6纳米片中Sn、P、S各元素均匀分布；b 为Sn2P2S6纳米片的X射线能谱分析，其结果表明Sn2P2S6纳米片中 Sn、P、S三种元素的原子比为19.21:19.89:60.9，其原子比接近2:2:6，符合Sn2P2S6的各元素组成比例。
图7为本实施例所得二维非层状Sn2P2S6纳米片的原子力显微镜 (AFM)图及其厚度分析结果，可以看出Sn2P2S6纳米片的厚度约为 9纳米。
图8中a为模拟太阳光(AM 1.5G,100mW cm-2)条件下，Sn2P2S6纳米片在纯水中的光催化产氢性能测试结果，可以看出Sn2P2S6纳米片的光催化氢产量随时间表现出线性增长，其产氢速率为202.06 μmol h-1g-1；b为Sn2P2S6纳米片在进行光催化析氢性能测试时测得的电子自旋共振光谱，可以看出，在暗场测试条件下，反应体系未检测到任何自由基信号，说明体系中无反应发生；而在模拟太阳光条件下，光照10分钟后，电子自旋共振光谱中出现四个强度比为1:2:2:1的峰，对应于羟基自由基的信号，表明在光照条件下，Sn2P2S6纳米片中导带中的电子用于析氢，价带中的空穴用于生成羟基自由基。
实施例2
本实施例提供一种非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，具体步骤如下：
(1)将48.0mg硫代乙酰胺(C2H5NS)、56.0mg五水四氯化锡 (SnCl4·5H2O)溶解在40mL异丙醇(C3H8O)中，超声5分钟后将溶液转移至50mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将长宽比为3cm×2cm 的碳布纤维斜靠于反应釜中，于180℃进行溶剂热反应，保温24小时，反应完成后得到负载于碳布纤维上的SnS2纳米晶。
(2)将负载于碳布纤维上的SnS2纳米晶和红磷/硫混合粉末分别置于两石英套管的封口端，并放于双温区管式炉的Zone-Ⅱ和Zone- Ⅰ加热区，相隔距离为25厘米，用机械泵对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入高纯氩气100sccm，并保持该流量持续至反应结束，具体装置结构图如图1所示。将下游的炉温升至350℃，上游的炉温升至320℃，保持气相反应时长35分钟，然后自然冷却，得到均匀负载的Sn2P2S6纳米片。
图9为本实施例所得二维Sn2P2S6纳米片的扫描电子显微镜(SEM) 照片，可以看出Sn2P2S6纳米片良好的尺寸均匀性和高质量的结晶性。
实施例3
本实施例提供一种Sn2P2S6的制备方法，具体步骤如下：
(1)将48.0mg硫代乙酰胺(C2H5NS)、56.0mg五水四氯化锡 (SnCl4·5H2O)溶解在40mL异丙醇(C3H8O)中，超声5分钟后将溶液转移至50mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将长宽比为3cm×2cm 的碳布纤维斜靠于反应釜中，于180℃进行溶剂热反应，保温24小时，反应完成后得到负载于碳布纤维上的SnS2纳米晶。
(2)将负载于碳布纤维上的SnS2纳米晶和红磷/硫混合粉末分别置于两石英套管的封口端，并放于双温区管式炉的Zone-Ⅱ和Zone- Ⅰ加热区，相隔距离为25厘米，用机械泵对管式炉体系进行抽真空处理，随后通入高纯氩气100sccm，并保持该流量持续至反应结束，具体装置结构图如图1所示。将下游的炉温升至390℃，上游的炉温升至300℃，保持气相反应时长40分钟，然后自然冷却，得到Sn2P2S6。
图10为本实施例所得Sn2P2S6微米颗粒的扫描电子显微镜(SEM) 照片，可以看出，在该反应温度和反应时间条件下仅能得到Sn2P2S6微米颗粒，无法得到Sn2P2S6纳米片。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，其特征在于，包括将硫磷混合粉末与SnS2纳米晶进行化学气相沉积反应的步骤；
其中，所述硫磷混合粉末位于反应器的上游，所述SnS2纳米晶位于下游，上游加热温度设为300℃，下游加热温度设为350℃。
2.根据权利要求1所述的非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积反应的持续时间为30~60分钟。
3.根据权利要求1所述的非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，其特征在于，所述反应器内通有氩气，所述氩气的流量为80~120sccm。
4.根据权利要求3所述的非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，其特征在于，所述氩气的流量为100 sccm。
5.根据权利要求3所述的非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，其特征在于，在通入氩气之前，对反应器进行抽真空处理，并在反应过程中维持压力为50~200 Pa。
6.根据权利要求1~5任一项所述的非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，其特征在于，所述SnS2纳米晶通过溶剂热法制备得到。
7.根据权利要求6所述的非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法，其特征在于，所述SnS2纳米晶的制备方法包括：
将硫代乙酰胺和五水四氯化锡溶解在异丙醇中获得反应前驱体溶液，将所述反应前驱体溶液转移至反应釜中，将基底斜靠于反应釜中，于170~200℃进行溶剂热反应，反应完成后得到负载于基底上的SnS2纳米晶。
8.权利要求1~7任一项所述制备方法制备得到的非层状Sn2P2S6纳米片。
9.根据权利要求8所述的非层状Sn2P2S6纳米片，其特征在于，所述非层状Sn2P2S6纳米片的厚度为7~12纳米，横向尺寸为1~5微米，纵向尺寸为4~8微米。
10.权利要求8或9所述的非层状Sn2P2S6纳米片在光催化析氢领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110261578.2A CN113104885B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110261578.2A CN113104885B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113104885A CN113104885A (zh) | 2021-07-13 |
| CN113104885B true CN113104885B (zh) | 2022-08-05 |
Family
ID=76712171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110261578.2A Active CN113104885B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113104885B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113620343B (zh) * | 2021-08-24 | 2024-04-02 | 昆明理工大学 | 一种硫化锑微纳米管的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA8144A1 (uk) * | 1986-03-03 | 1995-12-26 | Ужгородський Державний Університет | П'єзоелектричний матеріал |
| RU2089492C1 (ru) * | 1990-03-19 | 1997-09-10 | Ростовский государственный университет | Способ получения гипотиофосфата олова sn*002p*002s*006 или ортотиофосфата индия inps*004 |
| CN102786935A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-11-21 | 昆山龙腾光电有限公司 | 蓝相液晶复合材料及其制作方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017030624A1 (en) * | 2015-06-03 | 2017-02-23 | Northwestern University | Chalco-phosphate-based hard radiation detectors |
-
2021
- 2021-03-10 CN CN202110261578.2A patent/CN113104885B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA8144A1 (uk) * | 1986-03-03 | 1995-12-26 | Ужгородський Державний Університет | П'єзоелектричний матеріал |
| RU2089492C1 (ru) * | 1990-03-19 | 1997-09-10 | Ростовский государственный университет | Способ получения гипотиофосфата олова sn*002p*002s*006 или ортотиофосфата индия inps*004 |
| CN102786935A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-11-21 | 昆山龙腾光电有限公司 | 蓝相液晶复合材料及其制作方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "Pseudocapacitive Sodium Storage by Ferroelectric Sn2P2S6 with Layered Nanostructure";Sheng Huang et al.;《Small》;20180419;第14卷;1704367 * |
| "Sn2P2S6和Pb2P2S6纳米微晶的室温固相合成与表征";郭忠平 等;《功能材料》;19981031;第77-79页 * |
| "VAPOUR GROWTH AND CRYSTAL DATA OF THE THIO(SELENO)-HYPODIPHOSPHATES Sn2P2S6 , Sn2P2Se6 , Pb2P2S6 , Pb2P2Se6 AND THEIR MIXED CRYSTALS";C.D.Carpentier et al.;《Mat. Res. Bull.》;19741231;第9卷;第401-410页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113104885A (zh) | 2021-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Hydrothermal synthesis and characterization of TiO2 nanorod arrays on glass substrates | |
| Liu et al. | Synthesis of aligned copper oxide nanorod arrays by a seed mediated hydrothermal method | |
| Wang et al. | Low-temperature vapor–solid growth and excellent field emission performance of highly oriented SnO2 nanorod arrays | |
| Fang et al. | Controllable size and photoluminescence of ZnO nanorod arrays on Si substrate prepared by microwave-assisted hydrothermal method | |
| Tharsika et al. | Tailoring ZnO nanostructures by spray pyrolysis and thermal annealing | |
| Han et al. | Two-step vapor deposition of self-catalyzed large-size PbI 2 nanobelts for high-performance photodetectors | |
| CN104746144A (zh) | 一种二硫化锡单晶纳米片的制备方法 | |
| Jiang et al. | Preparation and characterization of CuInS2 nanorods and nanotubes from an elemental solvothermal reaction | |
| Sabry et al. | Hydrothermal growth of ZnO nano rods without catalysts in a single step | |
| Wang et al. | Solution synthesis of ZnO nanotubes via a template-free hydrothermal route | |
| CN113104885B (zh) | 非层状Sn2P2S6纳米片的制备方法及其在光催化析氢领域的应用 | |
| Hu et al. | Synthesis of NbSe 2 single-crystalline nanosheet arrays for UV photodetectors | |
| Liu et al. | Preparation of CdS nanorods on silicon nanopillars surface by hydrothermal method | |
| Medina et al. | Characterization of ZnO nanoparticles with short-bar shape produced by chemical precipitation | |
| Peng et al. | Synthesis of morphologically controlled tin sulfide nanostructures | |
| Yu et al. | Multi-morphology PbS: frame–film structures, twin nanorods, and single-crystal films prepared by a polymer-assisted solvothermal method | |
| CN102040201A (zh) | 一种溶剂热可控制备ZnSe和ZnTe纳米材料的方法 | |
| Yuvasravan et al. | Synthesis of WS 2 and WSe 2 nanowires on stainless steel coupon by reaction under autogenic pressure at elevated temperature method | |
| Cheng et al. | Aligned ZnO nanorod arrays fabricated on Si substrate by solution deposition | |
| Azeez et al. | Synthesis and characteristics of screen printed ZnO thick films nanostructures grown using different methods | |
| Hu et al. | Controllable morphologies of ZnO nanocrystals: nanowire attracted nanosheets, nanocartridges and hexagonal nanotowers | |
| Yuwono et al. | Nanostructural growth investigation of Zno nanorods derived from chemical bath deposition for transparent heater application | |
| Zhang et al. | Growth of submillimeter-scale single crystal 2D BiI3 by the cooling-induced growth method in a confined space | |
| Liu et al. | Structure and field-emission properties of W/WO2. 72 heterostructures fabricated by vapor deposition | |
| Lan et al. | Synthesis and photoluminescence properties of SnO2/ZnO hierarchical nanostructures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |