采用超聲化學(xué)法制備了CdS/石墨烯納米復(fù)合材料，通過(guò)TEM、FE-SEM、XRD、UV-Vis等對(duì)該復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌及其光學(xué)和可見(jiàn)光光催化性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，超聲化學(xué)法不僅合成過(guò)程簡(jiǎn)單，而且石墨烯表面所負(fù)載的CdS納米粒子尺寸小、分散性好，與石墨烯的結(jié)合牢固。由于石墨烯優(yōu)異的吸附性能和對(duì)載流子的高遷移率，CdS/石墨烯納米復(fù)合材料顯示出較高的可見(jiàn)光光催化性和光穩(wěn)定性，30min內(nèi)甲基橙的降解率即可達(dá)到90%以上，且3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中光催化效果接近。

近年來(lái)，新型可見(jiàn)光響應(yīng)光催化材料的開(kāi)發(fā)利用成為研究熱點(diǎn)，在環(huán)境污染控制、可持續(xù)能源開(kāi)發(fā)利用方面具有重要意義。與目前最為常用的寬帶隙的TiO2半導(dǎo)體光催化材料相比，硫化鎘(CdS)具有較小的禁帶寬度(2.42eV)，能夠吸收波長(zhǎng)小于520nm的紫外和可見(jiàn)光，另外，CdS具有較負(fù)的導(dǎo)帶帶邊位置，因此被認(rèn)為是一種在可見(jiàn)光光催化方面具有一定應(yīng)用潛力的半導(dǎo)體光催化劑，但是光量子效率較低以及可見(jiàn)光下的光腐蝕卻阻礙了CdS的廣泛應(yīng)用。將CdS量子點(diǎn)負(fù)載到具有較大比表面積的載體上，能夠有效提高CdS的光催化活性、穩(wěn)定性及分散性，已成為CdS改性的一種有效手段。

石墨烯是一種新型的二維碳納米材料，其能隙為零，具有超大的比表面積(2630m2·g-1)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及在室溫下超高的載流子遷移率(2×105cm2·V-1·s-1)。研究表明，將CdS與石墨烯復(fù)合，利用石墨烯規(guī)整的二維平面結(jié)構(gòu)作為其載體，一方面可以提高CdS的分散程度，另一方面可加快光生電荷遷移的速率，提高復(fù)合材料的催化活性和光穩(wěn)定性。另外，大量石墨烯包裹在CdS納米顆粒表面，呈現(xiàn)出黑色，可以提高復(fù)合材料對(duì)可見(jiàn)光的吸收能力。然而，目前有關(guān)CdS/石墨烯復(fù)合材料的研究還很鮮見(jiàn)，常用的制備方法主要有一鍋法、水熱-溶劑熱法、微波輔助合成等，但這些方法操作復(fù)雜，得到的復(fù)合材料中CdS納米粒子的顆粒尺寸大、粒徑分布寬，對(duì)復(fù)合材料的光催化性能有不利影響。

超聲化學(xué)法是利用超聲波所引發(fā)的特殊物理、化學(xué)條件加強(qiáng)和改善液-固非均勻體系的化學(xué)反應(yīng)、強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，使反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)微觀或介微觀均勻混合，使得晶體的生長(zhǎng)和顆粒的團(tuán)聚得到有效的控制，因而可以得到粒度分布窄的超細(xì)顆粒。由于該方法具有易于控制、周期短、效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被用來(lái)成功制備了多種金屬納米顆粒、氧化物納米棒以及金屬硫化物納米顆粒等。本工作采用超聲化學(xué)法制備了CdS/石墨烯納米復(fù)合材料，借助石墨烯對(duì)載流子的高遷移率及其共軛π鍵分子的雜化作用，減少CdS中光生載流子的復(fù)合，進(jìn)而顯著提高了CdS的光催化性能和抗光腐蝕性。

結(jié)論

采用超聲化學(xué)法合成了CdS/石墨烯納米復(fù)合材料，并對(duì)其光學(xué)和可見(jiàn)光光催化性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，石墨烯表面所負(fù)載的CdS納米粒子尺寸小(10nm左右)，分散性好。與單純CdS納米粒子相比，復(fù)合材料的吸收峰和發(fā)射峰均發(fā)生藍(lán)移和寬化現(xiàn)象。光催化結(jié)果顯示，CdS納米粒子與石墨烯復(fù)合后，光催化性能明顯改善，在0.5h內(nèi)甲基橙的降解率即可達(dá)到90%以上，光催化性能的提高一方面是由于石墨烯優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性能，有效降低了光生電子和空穴的復(fù)合，另一方面歸因于石墨烯極大的比表面積和優(yōu)異的吸附性能。同時(shí)，超聲化學(xué)法使得CdS納米粒子在石墨烯片層表面牢固結(jié)合，從而促進(jìn)了光生電荷的傳遞，提高了載流子的分離效率。此外，由于石墨烯共軛π鍵分子的雜化作用，促進(jìn)了光生空穴的遷移，從而有效抑制了CdS的光腐蝕。