一种ZnIn2S4/CoIn2S4异质结光催化剂的制备及应用制造技术

技术编号：40190692 阅读：24 留言：0更新日期：2024-01-26 23:53

本发明专利技术公开了一种ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;/CoIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;异质结光催化剂的制备及应用，属于光催化技术领域。首先将自制的ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;在稀H<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;溶液中进行酸处理，再将酸处理后的ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;与市售Co(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、InCl<subgt;3</subgt;及硫代乙酰胺共同分散到水溶液中得到混合分散液，最后将分散液转入反应釜进行水热反应，冷却后离心、洗涤、烘干，制得ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;/CoIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;异质结光催化剂。其中，ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;和CoIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;分别以纳米片插成的微米花球和纳米颗粒的形貌存在，且二者之间存在紧密的界面结合。该光催化剂可进行高效的光解水制氢反应，在可见光下的光解水制氢速率可达27.54～33.65mmol·g<supgt;‑1</supgt;·h<supgt;‑1</supgt;，且经连续6次重复使用后的制氢速率仍能保持在初次使用时的90％以上。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化，具体涉及一种znin2s4/coin2s4异质结光催化剂的制备及应用。

技术介绍

1、在化石能源短缺和生态环境恶化的背景之下，开发清洁可再生能源以取代传统化石能源成为人类社会发展的必然趋势。氢能作为能量密度最高的清洁能源之一，被认为是化石燃料最有前途的候选者，其被大规模应用的关键在于经济、高效、可持续的氢能生产技术的开发。光解水制氢技术可以在光催化剂的帮助下将丰富的水资源转化为氢能，除太阳能之外，整个反应过程不需额外的能量注入，且不会排放污染或有害物质。鉴于光解水制氢技术这些宝贵的特质，世界各国均在寻求该技术重大突破以缓解能源和环境危机方面投入巨大努力。

2、金属硫化物半导体znin2s4是常见的光解水制氢催化剂，具有可见光吸收性好、无毒、廉价且易于制备等优点。尽管如此，由于光生载流子的迁移和分离效率低下，本征znin2s4的光解水制氢活性通常不高。异质结构筑是提升znin2s4光解水制氢性能的最有效手段之一。如，lou等人将znin2s4纳米片生长在co9s8十二面体纳米笼的表面得到co9s8@znin2s4异质结光催化剂，其特殊的分级结构不仅提升了光生载流子的迁移和分离效率，而且提供了大的比表面积和丰富的表面反应活性位点，这些特点使co9s8@znin2s4光催化剂的光解水制氢性能相较于单一znin2s4显著提升，达到6.25mmol·g-1·h-1(wang s,guan b y,wang x,et al.,formation of hierarchical co9s8@znin2s4 h

3、coin2s4与znin2s4是属于同一家族的过渡金属硫化物半导体，coin2s4的导带和价带电势分别约为-0.98和1.13ev vs.nhe(zeng c,hu y m,hydrothermal synthesis ofacoin2s4/g-c3n4heterojunctional photocatalyst with enhancedphotocatalytic h2evolution activity under visible light illumination[j].nanotechnol.,2020,31:505711.)，而znin2s4的导带和价带电势分别为-0.51和1.7ev vs.nhe(bai j,chen w,haol,et al.,assembling ti3c2 mxene into znin2s4-nise2s-scheme heterojunction withmultiple charge transfer channels for accelerated photocatalytic h2generation[j].chem.eng.j.,2022,447:137488.)。可见，coin2s4的导带电势较负，表明coin2s4在光激发下能够产生具有较强还原性的光生电子，而且，znin2s4的导带十分靠近coin2s4的价带，说明znin2s4导带上的光生电子能够较容易地迁移到coin2s4的价带与空穴复合，因此，将znin2s4与coin2s4结合构筑z型异质结在能带结构上是可行的。与此同时，立方晶系coin2s4(空间群：fd-3m)的(111)晶面与六方晶系znin2s4(空间群：p-3m1)的(0001)晶面原子排布均为等边三角形，而且znin2s4的(102)晶面和coin2s4的(331)晶面之间的晶格失配仅为0.89％，表明在znin2s4表面实现coin2s4的外延生长以构筑紧密的界面结合是极易实现的。基于znin2s4和coin2s4之间匹配的能带以及界面结构，将二者结合构筑znin2s4/coin2s4异质结光催化剂有望提升znin2s4的光解水制氢性能，但目前仍未有相关报道。

4、基于上述分析，本专利技术通过简单的一步水热法，在znin2s4表面生长coin2s4制备出znin2s4/coin2s4异质结光催化剂，其能够高效地进行光解水制氢反应，显示出极大的实际应用前景。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种znin2s4/coin2s4异质结光催化剂的制备及应用。

2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：

3、(1)将自制的znin2s4加入稀h2so4水溶液中制成浓度为29.53mmol·l-1的分散液，超声1h之后搅拌3h，离心分离、洗涤、烘干沉淀；

4、(2)按摩尔比为1:2:12称取市售co(no3)2·6h2o、incl3和硫代乙酰胺溶于去离子水中，再向其中加入步骤(1)中所得沉淀，超声分散，获得znin2s4浓度为6mmol·l-1的分散液，之后将分散液转移至反应釜中，在220℃下保温9h，冷却后离心分离、洗涤、烘干产物，得到znin2s4/coin2s4异质结光催化剂。

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【技术保护点】

1.一种ZnIn2S4/CoIn2S4异质结光催化剂的制备及应用，其特征在于，该光催化剂通过以下方法制备：

2.如权利要求1中所述一种ZnIn2S4/CoIn2S4异质结光催化剂的制备及应用，其特征在于，步骤(1)中稀H2SO4水溶液的pH为0.8～1.2。

3.如权利要求1中所述一种ZnIn2S4/CoIn2S4异质结光催化剂的制备及应用，其特征在于，步骤(2)中Co(NO3)2·6H2O的浓度为1.2～2.4mmol·L-1。

4.如权利要求1中所述一种ZnIn2S4/CoIn2S4异质结光催化剂的制备及应用，其特征在于，在可见光照射下，该光催化剂的分解水制氢速率可达27.54～33.65mmol·g-1·h-1，且在6次连续重复使用后，制氢速率仍能维持在初次使用的90％以上。

【技术特征摘要】

1.一种znin2s4/coin2s4异质结光催化剂的制备及应用，其特征在于，该光催化剂通过以下方法制备：

2.如权利要求1中所述一种znin2s4/coin2s4异质结光催化剂的制备及应用，其特征在于，步骤(1)中稀h2so4水溶液的ph为0.8～1.2。

3.如权利要求1中所述一种znin2s4/coin2s4异质结光催化剂的制备及应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学花，李镇江，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：

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