一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于光催化材料技术领域，公开了一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料、制备方法及应用，改性氧化锌硫化锌复合光催化材料是以氧化锌为主体，氧化锌的外层包覆有纳米片状结构的自组装的硫化锌硫化铜。其制备包括：在乙醇和水的混合溶液中加入醋酸铜、醋酸锌和PVP，搅拌一定时间后，将混合溶液加入反应釜中进行水热反应，反应完成后对产物进行离心、干燥、热处理；将上述获得的产物和硫脲加入反应釜中进行水热反应，水热反应完成后，对产物进行离心，干燥，即得到所述纳米片包覆的结构。本发明专利技术利用太阳能中的可见光，改造氧化锌硫化锌复合材料的能带结构使之对可见光响应，提高其可见光的催化效率以及稳定性，达到提高光能利用率的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料、制备方法及应用
本专利技术属于光催化材料
，尤其涉及一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料、制备方法及应用。
技术介绍
目前，氢能源是一种具有远大发展前景的清洁能源，对于如何合理高效地获取它已经成为世界性的研究热点。而太阳能分解水制氢是制备氢能的重要制取方法之一，它具有绿色、能耗小、成本低等特点，因此受到了很大程度的关注。硫化锌作为一种重要的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体材料，具有良好的光电性能，被广泛应用于各种光学和光电器件中，而纯的硫化锌因禁带宽度较宽(3.6～3.8eV)只能吸收太阳光中的紫外波段能量，而占太阳光能量的近50％的可见光部分则未能有效利用，这大大限制了它的能量利用率和催化效率。与硫化锌类似，氧化锌也因为其较宽的能量带隙(～3.4eV)而限制了其在太阳光照射下的能量利用率和催化效率。二者的复合材料在一定程度上加大了对太阳光的利用率，但是效果仍然不够理想。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：纯的硫化锌和氧化锌只能吸收太阳光中的紫外波段能量，大大限制了它的能量利用率和催化效率；两者的结合虽然在一定程度上加大了对太阳光的利用率，但是效果仍然不够理想。解决以上问题及缺陷的难度为：通过结构设计使材料的带隙宽度达到可见光吸收范围，从而提高材料对光的吸收利用效率；解决以上问题及缺陷的意义为：合成了一种高效稳定的光催化剂，并提供一种光催化剂结构设计的思路。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料、制备方法及应用。本专利技术是这样实现的，一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料，所述改性氧化锌硫化锌复合光催化材料是以氧化锌为主体，所述氧化锌的外层包覆有纳米片状结构的硫化锌硫化铜，其中CuxS在纳米片状的含量为6.7％，其余成分为硫化锌和氧化锌的复合物。进一步，所述改性氧化锌硫化锌复合光催化材料外层包覆的纳米片状结构是自组装的硫化锌硫化铜。进一步，所述纳米片状结构硫化锌硫化铜中Cu元素与Zn元素的百分含量比为0.08～0.16。进一步，所述ZnS/CuxS是指CuxS掺杂于ZnS中。本专利技术的另一目的在于提供一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料的制备方法，所述改性氧化锌硫化锌复合光催化材料的制备方法包括以下步骤：步骤一，在乙醇和水的混合溶液中加入醋酸铜、醋酸锌和PVP，搅拌一定时间后，将混合溶液加入反应釜中进行水热反应，反应完成后对产物进行离心、干燥、热处理；步骤二，将步骤一后获得的产物和硫脲加入反应釜中进行水热反应，水热反应完成后，对产物进行离心，干燥，即得到所述纳米片包覆的结构。进一步，步骤一中，所述水热反应温度为170℃，反应时间为12h。进一步，步骤二中，所述水热反应温度为130℃，反应时间为4～8h。进一步，步骤一中，所述乙醇和水的比例为7：1；搅拌条件为常温下搅拌5h，转速为500r/min；热处理条件为450℃下保温2h，升温速率为2℃/min。进一步，步骤一中，所述醋酸锌与醋酸铜物质的量之比为20～1；PVP与醋酸锌用量质量比为0.2～1。进一步，步骤二中，所述步骤一的产物与硫脲的质量比为0.1～0.5。本例中，步骤一中，反应温度过高或过低都会使产物形貌发生变化，反应时间变化对产物的结晶性造成影响；反应的溶剂体系为乙醇，水用来充分溶解反应物。乙醇与水的比例增大，会使反应物无法完全溶解；比例变小使反应产物的形貌发生变化。醋酸锌与醋酸铜物质的量之比是产物前驱体形貌调控的关键步骤；步骤二中，温度过高会使反应物硫化过度，对产物的形貌造成影响；温度过低会使反应物硫化不完全。反应时间过短，硫化不完全；反应时间过长，硫化过度，对产物的形貌造成影响。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：(1)本专利技术以高效、低成本地利用太阳能中的可见光为目的，运用模板剂法和原位法相结合的思路制备晶格尺度掺杂的复合金属硫氧化物，改造氧化锌硫化锌复合材料的能带结构使之对可见光响应，提高其可见光的催化效率以及稳定性。(2)本专利技术在纳米尺度上对复合金属硫化物进行功能化设计，集多组分、多结构、大比表面积、高催化活性于同一微纳基元中，实现催化剂内水分子的快速浸润和扩散、光生电子和空穴的高效传输和利用以及水分解产生的氢气和氧气的快速析出。(3)本专利技术利用材料表面的纳米片的超强光反射能力，通过延长光子在其表面不断地反射来增加光子在片状结构之间的运动路径，达到提高光能利用率的目的。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料、制备方法及应用流程图。图2是本专利技术实施例2提供的所制备的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例2提供的制备的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料的可见光响应光电流图。图4是本专利技术实施例2提供的制备的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料(粉末用量为50毫克)产氢性能图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料、制备方法及应用，下面结合附图对本专利技术技术方案作详细的描述。本专利技术实施例提供的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料是以氧化锌为主体，氧化锌的外层包覆有纳米片状结构的硫化锌硫化铜。本专利技术实施例提供的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料外层包覆的纳米片状结构是自组装的硫化锌硫化铜。本专利技术实施例提供的纳米片状结构硫化锌硫化铜中Cu元素与Zn元素的百分含量比为0.08～0.16。，其中CuxS在纳米片状的含量为6.7％，其余成分为硫化锌和氧化锌的复合物。本专利技术实施例提供的ZnS/CuxS是指CuxS掺杂于ZnS中。如图1所示，本专利技术实施例提供的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料的制备方法包括以下步骤：S101，在乙醇和水的混合溶液中加入醋酸铜、醋酸锌和PVP，搅拌一定时间后，将混合溶液加入反应釜中进行水热反应，反应完成后对产物进行离心、干燥、热处理；S102，将步骤S101后获得的产物和硫脲加入反应釜中进行水热反应，水热反应完成后，对产物进行离心，干燥，即得到所述纳米片包覆的结构。步骤S101中，本专利技术实施例提供的水热反应温度为170℃，反应时间为12h。步骤S102中，本专利技术实施例提供的水热反应温度为130℃，反应时间为4～8h。步骤S101中，本专利技术实施例提供的乙醇和水的比例为7：1；搅拌条件为常温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料，其特征在于，所述改性氧化锌硫化锌复合光催化材料是以氧化锌为主体，所述氧化锌的外层包覆有纳米片状结构的硫化锌硫化铜；，其中Cu

【技术特征摘要】
1.一种改性氧化锌硫化锌复合光催化材料，其特征在于，所述改性氧化锌硫化锌复合光催化材料是以氧化锌为主体，所述氧化锌的外层包覆有纳米片状结构的硫化锌硫化铜；，其中CuxS在纳米片状的含量为6.7％，其余成分为硫化锌和氧化锌的复合物。


2.如权利要求1所述的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料，其特征在于，所述改性氧化锌硫化锌复合光催化材料外层包覆的纳米片状结构是自组装的硫化锌硫化铜。


3.如权利要求1所述的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料，其特征在于，所述纳米片状结构硫化锌硫化铜中Cu元素与Zn元素的百分含量比为0.08～0.16。


4.如权利要求1所述的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料，其特征在于，所述ZnS/CuSx是指CuSx掺杂于ZnS中。


5.一种如权利要求1-4任意一项所述的改性氧化锌硫化锌复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述改性氧化锌硫化锌复合光催化材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，在乙醇和水的混合溶液中加入醋酸铜、醋酸锌和PVP，搅拌一定时间后，将混合溶液加入反应釜中进行水热反应，反应完成后对产物进行离心、干燥、热处理；
步骤二，将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱挺，曾伟，何智良，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43