采用超聲化學法制備了CdS/石墨烯納米復合材料，通過TEM、FE-SEM、XRD、UV-Vis等對該復合材料的結構、形貌及其光學和可見光光催化性能進行了表征。結果表明，超聲化學法不僅合成過程簡單，而且石墨烯表面所負載的CdS納米粒子尺寸小、分散性好，與石墨烯的結合牢固。由于石墨烯優(yōu)異的吸附性能和對載流子的高遷移率，CdS/石墨烯納米復合材料顯示出較高的可見光光催化性和光穩(wěn)定性，30min內甲基橙的降解率即可達到90%以上，且3次重復實驗過程中光催化效果接近。

近年來，新型可見光響應光催化材料的開發(fā)利用成為研究熱點，在環(huán)境污染控制、可持續(xù)能源開發(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)，能夠吸收波長小于520nm的紫外和可見光，另外，CdS具有較負的導帶帶邊位置，因此被認為是一種在可見光光催化方面具有一定應用潛力的半導體光催化劑，但是光量子效率較低以及可見光下的光腐蝕卻阻礙了CdS的廣泛應用。將CdS量子點負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與石墨烯復合，利用石墨烯規(guī)整的二維平面結構作為其載體，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，可以提高復合材料對可見光的吸收能力。然而，目前有關CdS/石墨烯復合材料的研究還很鮮見，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，但這些方法操作復雜，得到的復合材料中CdS納米粒子的顆粒尺寸大、粒徑分布寬，對復合材料的光催化性能有不利影響。

超聲化學法是利用超聲波所引發(fā)的特殊物理、化學條件加強和改善液-固非均勻體系的化學反應、強化傳質過程，使反應體系實現(xiàn)微觀或介微觀均勻混合，使得晶體的生長和顆粒的團聚得到有效的控制，因而可以得到粒度分布窄的超細顆粒。由于該方法具有易于控制、周期短、效率高等優(yōu)點，已經(jīng)被用來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法制備了CdS/石墨烯納米復合材料，借助石墨烯對載流子的高遷移率及其共軛π鍵分子的雜化作用，減少CdS中光生載流子的復合，進而顯著提高了CdS的光催化性能和抗光腐蝕性。

結論

采用超聲化學法合成了CdS/石墨烯納米復合材料，并對其光學和可見光光催化性能進行了表征。結果表明，石墨烯表面所負載的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，復合材料的吸收峰和發(fā)射峰均發(fā)生藍移和寬化現(xiàn)象。光催化結果顯示，CdS納米粒子與石墨烯復合后，光催化性能明顯改善，在0.5h內甲基橙的降解率即可達到90%以上，光催化性能的提高一方面是由于石墨烯優(yōu)異的電子傳導性能，有效降低了光生電子和空穴的復合，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，超聲化學法使得CdS納米粒子在石墨烯片層表面牢固結合，從而促進了光生電荷的傳遞，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，促進了光生空穴的遷移，從而有效抑制了CdS的光腐蝕。