[发明专利]ZnS固溶体光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法。

背景技术

太阳能是一种可再生的清洁能源，但太阳能不能直接储存，也难以连续供应。利用太阳能分解水，将量密度低，分散性强太阳能转化为氢能，再通过燃料电池将生成的H₂和O₂进行电化学反应，产生电能；产物水又可作为太阳能制氢的原料，且对环境没有任何污染。由于可见光占太阳光总能量的43％左右，因此，研制具有可见光响应和高催化活性的新型光催化材料是利用太阳能、实现光催化分解水制氢的关键。最近报道的具有优异可见光活性的光催化剂中固溶体占了大多数，其中负载Pt(3wt％)的(AgIn)_0.22Zn_1.56S₂表现较高的制H₂活性，产氢速率为944μmol/h。对于当前报道的绝大部分固溶体催化剂均采用固相法制得，采用该方法不仅合成的催化剂颗粒较大(1μm)，且比表面积较小(0.05～2g/m²)，从而限制了固溶体催化剂产氢速率的提高。

发明内容

本发明目的是为了解决现有光分解H₂O制氢催化剂在可见光下产氢率低的问题，而提供一种ZnS固溶体光催化剂的制备方法。

ZnS固溶体光催化剂的制备方法按以下步骤实现：一、将0.8～2.1mmol的Zn(AC)₂·2H₂O和0.1～0.7mmol的第三主族化合物加入到20～30mL吡啶中，搅拌1～2h；二、向步骤一制备的混合液中加入5.4～32.4mmol的硫代乙酰胺，再搅拌10～30min；三、搅拌条件下，将0.3～4.8mL摩尔浓度为0.04mol/L的过渡金属盐吡啶溶液滴加到步骤二制备的混合液中；四、将步骤三制备的混合液倒入反应釜，在120～240℃反应8～48h，然后冷却到室温，再用无水乙醇洗涤3～5次，然后在50℃下干燥0.5～3h，即得ZnS固溶体光催化剂；其中步骤一中的第三主族化合物为InCl₃·4H₂O或GaCl₃；步骤三中的过渡金属盐为AgNO₃或Cu(AC)₂·H₂O。

本发明得到的ZnS固溶体光催化剂的粒子粒径为100～200nm且由很多粒径为5～9nm的小粒子自组装而成，另外本发明得到的ZnS固溶体为多孔材料孔径分布主要是在2～30nm，产氢速率可达2～3.5mmol/h；可见光利用效率高，无需负载贵金属如Pt等，制备工艺简单，成本低。

附图说明

图1是具体实施方式二十五制得产物的X射线衍射谱图，图2是具体实施方式二十五方法制得产物的放大倍数为8万的透射电镜照片，图3是具体实施方式二十五方法制得产物的放大倍数为15万的透射电镜照片，图4是具体实施方式二十五方法制得产物的吸附-脱附等温线，图5是具体实施方式二十五方法制得产物的孔径分布曲线，图6是具体实施方式二十五方法制得产物的在可见光(λ>400nm)下的产氢量随光照时间的变化关系。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式ZnS固溶体光催化剂的制备方法按以下步骤实现：一、将0.8～2.1mmol的Zn(AC)₂·2H₂O和0.1～0.7mmol的第三主族化合物加入到20～30mL吡啶中，搅拌1～2h；二、向步骤一制备的混合液中加入5.4～32.4mmol的硫代乙酰胺，再搅拌10～30min；三、搅拌条件下，将0.3～4.8mL摩尔浓度为0.04mol/L的过渡金属盐吡啶溶液滴加到步骤二制备的混合液中；四、将步骤三制备的混合液倒入反应釜，在120～240℃反应8～48h，然后冷却到室温，再用无水乙醇洗涤3～5次，然后在50℃下干燥0.5～3h，即得ZnS固溶体光催化剂；其中步骤一中的第三主族化合物为InCl₃·4H₂O或GaCl₃；步骤三中的过渡金属盐为AgNO₃或Cu(AC)₂·H₂O。