Cu2WS4的溶剂热合成和表征

刘古雅

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.247

摘 要：该文以混合溶剂热制备三元金属硫化物Cu2WS4半导体材料。所得Cu2WS4的组成、结构、尺寸大小、光学性质通过XRD、UV-vis等测试手段表征。结果显示在170 ℃下反应48 h制备得到I-Cu2WS4半导体材料，在可见光区域具有光吸收能力，带隙值为2.15eV。

关键词：溶剂热合成 Cu2WS4 半导体材料 表征

中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（a）-0247-02

利用半导体光催化技术进行光催化制氢，以及处理水中污染物的研究已经成为解决能源危机和环境危机的重要方法，其中新型、高效的半导体催化剂是该技术应用的前提。Cu2WS4是一种带隙值约为2.1eV的三元金属硫化物半导体材料，作为一种新型的半导体材料被用于光催化制氢的研究中[1-2]。Cu2WS4通过范德华力形成层状结构，在其结构中硫原子桥连Cu和W原子的共价层结构[1-4]。研究结果表明Cu2WS4有I-Cu2WS4和P-Cu2WS4两种空间群[1]，其中I-Cu2WS4具有较好的可见光吸收能力。如Deng等[2]通过控制反应温度和反应时间等合成条件得到I-Cu2WS4，进一步通过紫外-可见漫反射光谱测试发现I-Cu2WS4在可见光区域有光吸收性能，并进一步以可见光催化制氢展开研究。该文在采用二乙基二硫代氨基甲酸钠作为硫源，在丙酮-无水乙醇混合溶剂中，在170℃下加热48 h制备Cu2WS4半导体材料，考察了合成材料的结构和光学性质。

1 实验部分

1.1 实验所需试剂及设备

二乙基二硫代氨基甲酸钠、氯化亚铜、二水合钨酸钠、无水乙醇、丙酮均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；实验用水为二次蒸馏水。

德国Bruker AXS D8 ADVANCE X-射线粉末衍射仪（XRD，Cu Kα辐射，λ= 1.5406 ，40 kV，40 mA）；美国瓦里安公司Cary-5000紫外-可见-近红外吸收光谱仪（硫酸钡作为参比）。

1.2 Cu2WS4的制备

Cu2WS4的制备：称取2 mmol Na2WO4·2H2O置于40 mL混合溶剂（无水乙醇和丙酮溶液按照体积比1∶1）中，磁力搅拌溶解后，依次加入8 mmol的CuCl和12 mmol的C5H10NS2Na·3H2O，再通过超声辅助溶解20 min，密封于不锈钢高压反应釜，在鼓风干燥箱中170 ℃加热48 h后，自然冷却至室温。得到橙红色沉淀，分别用去离子水离和无水乙醇离心洗涤数次，在100℃真空干燥3 h后研磨备用。

2 结果与讨论

2.1 Cu2WS4的XRD分析

图1为反应条件下所得产品的XRD图，通过与文献对比，在17.6°、18.5°等处出现的衍射峰均对应I-Cu2WS4的晶面，表明合成得到的是I-Cu2WS4[2-4]。图中呈现较强的衍射峰，表明结晶度较高。

2.2 Cu2WS4的光学吸收性质

紫外-可见漫反射吸收光谱图可以直观的反映半导体光催化剂对不同频率光的吸收状态，图2是所得Cu2WS4的紫外-可见漫反射光谱圖。从图中可以看出，Cu2WS4在可见光区域均有吸收，说明Cu2WS4是可见光响应型光催化剂，可以选择可见光为光源进行光催化技术研究。

运用Tauc作图法[3-4]，依据直接带隙半导体光学吸收理论 （如方程式 （1） 所示） 计算出所合成产品的直接带隙值Eg。

（αhν）2 = B（hν- Eg） （1）

其中α为吸收系数，hν为离散光子的能量，B为与物质本性有关的一个常数，Eg为半导体材料的吸收带隙。将Cu2WS4的（αhν）2对 （hν） 作图得到图2右下的图，将图中的直线部分外延至α=0，即可得到Cu2WS4的带隙值2.15eV。

该文优化选择二乙基二硫代氨基甲酸钠作为硫源，通过丙酮-无水乙醇混合溶剂得到I-Cu2WS4半导体材料具有良好的可见光吸收能力，Cu2WS4作为一种新型的半导体光催化材料在光催化技术的应用中具有一定的应用前景。

参考文献

[1] Crossland C J，Evans J S O.Synthesis and characterisation of a new high pressure polymorph of Cu2WS4[J].Chemical Communications，2003（18）：2292-2293.

[2] Jing D W， Liu M C， Chen Q Y. Efficient photocatalytic hydrogen production under visible light over a novel W-based ternary chalcogenide photocatalyst prepared by a hydrothermal process[J].International Journal of hydrogen energy，2010，35（16）：8521-8527.

[3] David O， Charles W，John B，et al.Band alignment of rutile and anatase TiO2[J].Nature materials，2013（12）：798-801.

[4] Reyes-coronado D， Rodrguez-gattorno G， Espinosa-pesqueira M， et al. Phase-pure TiO2 nanoparticles： anatase， brookite and rutile[J].Nanotechnology，2008（19）： 145605.endprint