一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用，涉及可见光催化剂技术领域，解决现有技术中硫化铟锌易团聚、催化比表面积小、难回收的技术问题，所述制备方法包括以下步骤：S1：采用液相刻蚀法合成少层MXene；S2：采用一锅溶剂热法合成ZnIn2S4/MXene复合材料；S3：采用光沉积法制备Au/ZnIn2S4/MXene复合材料；所述制备方法制得的Au/ZnIn2S4/MXene复合材料光催化析氢效率高，并且可回收循环利用。并且可回收循环利用。并且可回收循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于硫化铟锌光催化剂制备方法
，具体涉及硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法


技术介绍

[0002]太阳能制氢光催化技术因处理能力强、反应条件温和、无二次污染等特点受到国内外学者的关注。目前，纳米二氧化钛基光催化材料受到深入研究，但是，二氧化钛的带隙能过宽、难以循环使用、量子效率低以及太阳能利用率极低等缺点也制约了其发展。因此，在利用太阳能制氢光催化领域，制备一种易于回收利用、高光电转化效率的制氢光催化剂已刻不容缓。
[0003]硫化铟锌(ZnIn2S4)作为具有尖晶石结构的三元金属硫化物之一，在晶型方面主要拥有六方相和立方相。其中，拥有以S
‑
Zn
‑
S
‑
In
‑
S
‑
In
‑
S堆垛而成的层状结构的六方相ZnIn2S4，因其合适的禁带宽度(约2.34～2.48eV)、稳定的热力学性能以及较高的可见光吸收率等优点，具有良好的发展前景。但是，由于其存在易团聚、催化比表面积小、难回收等现存问题，有必要对ZnIn2S4进行复合改性，从而得到良好的、稳定的、高性能的复合材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：
[0007]S1：采用液相刻蚀法合成少层MXene；
[0008]S2：采用一锅溶剂热法合成ZnIn2S4/MXene复合材料；
[0009]S3：采用光沉积法制备Au/ZnIn2S4/MXene复合材料。
[0010]在以上技术方案中，Au纳米粒子作为电子传输介体，其载流子的传输遵循Z型机理，促进了光生载流子的分离，提高了光生电子的利用率，另外，负载Au的复合催化剂具有更大的比表面积，反应物吸附能力增强，以上两方面作用使得Au纳米粒子作为ZnIn2S4的助催化剂，极大地提高了ZnIn2S4的光催化活性。另外，少层MXene二维材料具有较大的比表面积，可以提供更多的活性位点，MXene的复合增强了复合光催化剂的导电性能，载流子移动时阻力减小。研究发现，复合Au及MXene后的ZnIn2S4减少了反应过程中的堆积和聚集，活性中心得到增加；增加吸附能力，电荷载流子寿命得到提高，从而提高了Au/ZnIn2S4/MXene复合材料的光催化性能，易于回收循环利用。
[0011]本专利技术通过液相刻蚀法、一锅法以及光沉积法制得复合催化剂Au/ZnIn2S4/MXene，一锅法大大提高了ZnIn2S4和MXene之间的作用力和相容性，Au/ZnIn2S4/MXene复合催化剂光催化活性得到明显提高。Au/ZnIn2S4/MXene复合催化剂因其更大的比表面积和更多的活性中心，在光催化制氢方面明显优于纯ZnIn2S4，表现出更高的稳定性、电子传输和吸附性
能，从而极大的提高了材料的整体催化性能。
[0012]进一步，步骤S1具体包括：
[0013]S1
‑
1：取1.0
‑
3.0g氟化锂与30
‑
50mL的9mol/L盐酸在烧杯中搅拌30
‑
60min，再将球磨后的1
‑
3g Ti3AlC2缓慢加入烧杯中，反应温度调至30
‑
45℃，持续搅拌24
‑
48h；
[0014]S1
‑
2：将S1
‑
1中获得的反应液体进行离心，离心后将上清液倒掉，向离心管的沉淀中加入去离子水，超声8
‑
10min，取出继续离心，重复几次，待离心后倒出的液体pH值为5后，在离心管中加入乙醇超声40
‑
60min，离心后收集下层沉淀物，再将沉淀物在60
‑
70℃下干燥24
‑
48h，所得样品为少层MXene。
[0015]步骤S1中，超声震荡剥离MXene获得少层MXene，少层MXene比MXene的比表面积更大，使得Au/ZnIn2S4/MXene复合催化剂也具有更大的比表面积，进而提高光催化产氢活性。另外，本专利技术中刻蚀温度较低，更为安全并且环保。
[0016]进一步，步骤S2具体包括：
[0017]S2
‑
1：取0.5
‑
1.0g S1
‑
2产物分散到20mL去离子水中，摇匀，进行超声后，离心2
‑
3min，收取黑棕色上液为少层MXene分散液；
[0018]S2
‑
2：将0.1
‑
1.0g Zn(NO3)2·
6H2O、0.2
‑
2.0g In(NO3)3·
3H2O添加到S2
‑
1混合物中，在室温下搅拌12
‑
24h，再往混合溶液中加入0.3
‑
2.0g硫脲，继续搅拌12
‑
24h；
[0019]S2
‑
3：将S2
‑
2所得悬浮液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，并在150
‑
250℃下水热反应10
‑
20h；
[0020]S2
‑
4：反应结束后，将S2
‑
3所得产物冷却至室温后，以蒸馏水
‑
乙醇
‑
蒸馏水的顺序多次洗涤所得固体产物，并进行干燥；
[0021]S2
‑
5：将S2
‑
4所得干燥物置于管式炉中，通氮气煅烧，以5℃/min的升温速率升温至400
‑
500℃煅烧，煅烧时间为4
‑
6h，得到ZnIn2S4/MXene复合材料。
[0022]步骤S2中，溶剂热法所用的溶剂是去离子水，而非有机溶剂，安全无毒，对环境无污染，且能获得良好的ZnIn2S4/MXene复合材料。步骤S2
‑
5中煅烧的目的一是去除可能存在的杂质，另外使得复合光催化剂更为稳定。
[0023]进一步，步骤S3具体包括：
[0024]S3
‑
1：将S2
‑
5所得样品浸入稀释剂HAuCl4水溶液中，在500w氙灯照射20
‑
40min后，取出Au/ZnIn2S4/MXene样品；
[0025]S3
‑
2：将S3
‑
1所得样品用去离子水洗涤，在60
‑
70℃下干燥24
‑
48h。
[0026]仅仅将ZnIn2S4和MXen本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用液相刻蚀法合成少层MXene；S2：采用一锅溶剂热法合成ZnIn2S4/MXene复合材料；S3：采用光沉积法制备Au/ZnIn2S4/MXene复合材料。2.根据权利要求1所述的硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S1
‑
1：取氟化锂与盐酸在烧杯中搅拌30
‑
60min，再将球磨后的Ti3AlC2缓慢加入烧杯中，反应温度调至30
‑
45℃，持续搅拌24
‑
48h；S1
‑
2：将S1
‑
1中获得的反应液体进行离心，离心后将上清液倒掉，向离心管的沉淀中加入去离子水，超声8
‑
10min，取出继续离心，重复几次，待离心后倒出的液体pH值为5后，在离心管中加入乙醇超声40
‑
60min，离心后收集下层沉淀物，再将沉淀物在60
‑
70℃下干燥24
‑
48h，所得样品为少层MXene。3.根据权利要求2所述的硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1
‑
1中，氟化锂为1.0
‑
3.0g，盐酸为30
‑
50mL，盐酸浓度为9mol/L，Ti3AlC2为1
‑
3g。4.根据权利要求1所述的硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S2
‑
1：取0.5
‑
1.0g的S1
‑
2产物分散到20mL去离子水中，摇匀，进行超声后，离心2
‑
3min，收取黑棕色上液为少层MXene分散液；S2
‑
2：将Zn(NO3)2·
6H2O、In(NO3)3·
3H2O添加到S2
‑
1混合物中，在室温下搅拌12
‑
24h，再往...

【专利技术属性】
技术研发人员：付喆，苏芸，宋薇，王斌，武彬彬，陈佳男，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：