一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂，属于光催化技术领域。本发明专利技术是以自制的富S缺陷ZnIn2S4、SnCl4·

A highly efficient znin2s4/snse2/in2se3 catalyst for hydrogen production by photolysis of water

【技术实现步骤摘要】
一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂


[0001]本专利技术属于光催化
，具体涉及一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂。

技术介绍

[0002]科学技术的飞速发展不仅为人类社会创造了丰富的物质文明，也为人类的生存和发展带来了包括能源短缺和环境污染在内的众多挑战。可再生与清洁能源的转化与利用是实现人类社会健康发展的关键和必要手段。在众多可持续能源中，太阳能、风能、生物能、核能、海洋能、氢能等均为极有潜力的开发对象，其中，氢能由于具有燃烧热值高、燃烧效率高、导热性好、清洁无污染且易于储存等优点被认为是人类社会的终极能源。然而，目前氢气利用的关键挑战在于缺乏清洁高效的氢气制备技术。利用太阳能光催化分解水制氢能够将太阳能转化为氢能，且不会造成任何能源浪费和环境污染，是缓解能源危机与环境污染问题的有效途径，具有重大的经济及生态效益。光催化剂作为光催化反应的核心，其发展决定了光催化制氢技术能否真正走向工业化生产及应用。在众多已开发的光催化剂中，三元硫化物半导体硫化铟锌(ZnIn2S4)具有合适、可调的能带结构、廉价易得的元素组成、简单的制备工艺及低毒等特性，受到了世界范围内研究人员的密切关注。然而，单一ZnIn2S4光催化剂的可见光吸收能力有限、光生载流子分离效率不足且迁移速率缓慢，因而光解水制氢效果较差。
[0003]为提升ZnIn2S4的光催化性能，研究人员们开发出各种策略，如元素掺杂、缺陷引入、助催化剂修饰及异质结构建。其中，异质结构建在调控ZnIn2S4的光响应范围及促进光生电荷载流子分离从而提升ZnIn2S4分解水制氢性能方面表现出较好的效果，因而受到了更多的关注。尽管如此，光生载流子的分离和迁移效率尤其是有效光生载流子的保留仍未达到令人满意的程度。因此，合理选取半导体材料构建特殊的异质结光催化剂以进一步提高光生载流子的分离效率，保留更多的活性载流子是一项具有挑战性和重要意义的工作。硒化铟(In2Se3)是一种典型的具有二维层状晶体结构的半导体材料，其具有良好的可见光吸收性能，尤其是其具有较高的导带电位(约为
‑
0.83eV)，说明导带上的光生电子具有较高的还原能力。但是，实验结果表明，单一In2Se3光催化剂的分解水产氢性能非常差，这主要是由于其较窄的带隙造成了较高的光生载流子复合率。SnSe2是另一种窄带隙的二维半导体材料，其较窄的带隙(约为1eV)赋予其良好的导电性。尤其值得注意的是，SnSe2的功函数小于ZnIn2S4而高于In2Se3，这意味着，将ZnIn2S4与In2Se3及SnSe2复合，SnSe2与ZnIn2S4接触界面处将形成一种类欧姆接触，In2Se3与SnSe2之间则形成一种类肖特基接触，这种特殊的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3异质结将展现出高效的载流子迁移和分离效率，因而有望实现更高的光催化分解水制氢性能。然而，还未见有相关报道。
[0004]基于ZnIn2S4、SnSe2及In2Se3的能带结构特点，结合光催化制氢原理，本专利技术设计并采用水热法制备出了ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3异质结光催化剂，该光催化剂能高效地分解水制氢，显示出较大的实际应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂，制备过程简单可控、原料廉价易得且对人体及生态危害小，具有极大的实际应用前景及价值。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]将自制的富S缺陷ZnIn2S4加入到SnCl4·
5H2O和InCl3浓度分别为0.35～0.48g
·
L
‑1和0.255～0.35g
·
L
‑1的水溶液中，超声分散，在搅拌下向其中滴入Se粉浓度为4.72～6.4g
·
L
‑1的水合肼溶液，搅拌之后转移至水热反应釜中，在210～250℃下保温3～5小时，冷却至室温后，离心并用去离子水和乙醇依次洗涤，最后在60℃干燥箱中烘干即得ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂。
[0008]本专利技术所公开的一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂，与现有光催化剂相比，其优越性在于：
[0009](1)本专利技术所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂在可见光下的分解水制氢速率达80～86mmol
·
g
‑1·
h
‑1，优于目前文献报道的大部分光催化剂，显示出较大的实际应用潜力。
[0010](2)本专利技术所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂结构新颖，富S缺陷ZnIn2S4与SnSe2之间的类欧姆接触促进富S缺陷ZnIn2S4导带上的光生电子转移到SnSe2上，而SnSe2与In2Se3之间的类肖特基接触则促进In2Se3价带上的光生空穴转移到SnSe2。光生电子和空穴在SnSe2上的复合使更多高还原活性的光生电子被保留在In2Se3上，从而实现高效的光催化分解水制氢性能。
附图说明
[0011]图1为实施例1中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的扫描电镜照片；
[0012]图2为实施例1中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的高分辨透射电镜照片；
[0013]图3为实施例1中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的电子顺磁共振谱图；
[0014]图4为实施例1中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的分解水制氢性能图；
[0015]图5为实施例1中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的分解水制氢循环稳定性测试图；
[0016]图6为实施例2中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的分解水制氢性能图。
[0017]图7为实施例2中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的分解水制氢循环稳定性测试图。
[0018]图8为实施例3中所制备的ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的分解水制氢性能图。
具体实施方式
[0019]以下，结合附图及具体实施例对本专利技术作详细说明，但附图及具体实施例仅作为示例，不以任何方式限制本专利技术的范围。
[0020]实施例1
[0021](1)ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂的制备
[0022]称取0.0062g InCl3和0.0082g SnCl4·
5H2O加至20mL去离子水中，搅拌溶解，之后向其中加入100mg自制的富S缺陷ZnIn2S4，超声分散1小时，另称取0.0139g Se粉加至2.5mL水合肼中，80℃水浴溶解，随后，将Se的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂，其特征在于，所述光催化剂中富S缺陷ZnIn2S4与SnSe2及In2Se3通过Sn
‑
S及Sn
‑
Se键产生较强界面接触，其制备方法如下：将富S缺陷ZnIn2S4超声分散到(SnCl4+InCl3)水溶液中得到分散液A，另将Se溶解于水合肼溶液中得到溶液B，然后将八分之一体积的B滴加到A中，充分混合并转移至水热反应釜内，在210～250℃下保温3～5小时，自然冷却后离心分离出沉淀，并依次用去离子水和乙醇洗涤、真空干燥沉淀，即得ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂。2.如权利要求1中所述一种高效ZnIn2S4/SnSe2/In2Se3光解水制氢催化剂，其特征在于，富S缺陷ZnIn2S4、SnCl4、InCl3及Se的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镇江，王学花，王相虎，石天宇，孟阿兰，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：