[发明专利]ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂的制备方法与应用有效

专利信息
申请号: 201110290813.5 申请日: 2011-09-19
公开(公告)号: CN102407147A 公开(公告)日: 2012-04-11
发明(设计)人: 周民杰;张丽;阎建辉;张娜 申请(专利权)人: 湖南理工学院
主分类号: B01J27/04 分类号: B01J27/04;B01D53/86;C02F1/30;C01B3/04
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 414006 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: znin sub 石墨 复合 光催化剂 制备 方法 应用
【说明书】:

技术领域

发明属于新材料及其制备技术领域,涉及一种可见光响应的ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用。

技术背景

随着经济的快速发展,能源短缺与环境污染问题日益突出,将光催化技术作为一种绿色能源技术应用于环境污染等方面引起了科学家们的广泛关注。新型高效光催化材料是发展与应用光催化技术的关键之一。但是,大部分光催化材料禁带宽度较大,光催化反应需要较高的能量激发,可见光下光催化反应活性并不理想,开发具有高效可见光效应能力与光催化效率的光催化材料具有十分重要的意义。

三元硫化物ZnIn2S4(Eg=2.3eV)的能带间隙较窄,化学稳定良好,被认为是一种理想的可见光催化剂,但是由于纯的ZnIn2S4颗粒较大,在制备过程中容易发生团聚,因而降低了其表面积,使其吸附性能下降,光生电子和空穴不能有效分离,限制了其光催化活性。到目前为止,人们通过掺杂金属和金属氧化物的方法来提高其光催化活性(Shen S H,Zhao L,Zhou A H,et al.Enhanced photocatalytic hydrogen evolution over Cu-doped ZnIn2S4 under visible light irradiation.J.Phys.Chem.C,2008,112(41):16148-16155;Shen S H,Chen X B,Ren F,et al.Solar light-driven photocatalytic hydrogen evolution over ZnIn2S4 loaded with transition-metal sulfides.Nanoscale Res Lett.2011,6(1):290-296)。

石墨烯(graphene)是新型二维碳纳米结构,具有高的比表面积、化学稳定性、吸附性能以及优异的电子传导性能。研究表明,石墨烯可以作为电子传递介质提高半导体中光生电子的迁移速率,降低载流子的复合几率,提高材料的光催化活性。因此,通过石墨烯与半导体三元硫化物ZnIn2S4复合,制备一种具有高效可见光效应能力与光催化活性的新型复合光催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高光催化活性的纳米ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂及其制备方法与应用,本发明通过把石墨烯作为ZnIn2S4光生电子的载体而降低其光生电子与空穴的复合率,从而提高催化剂的光催化效率。

本发明的目的之一是提供一种可见光响应的ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂的制备方法。制备方法包括以下步骤:

(1)将氧化石墨在还原性醇剂中超声分散;

(2)将硫酸锌和氯化铟在还原性醇剂中搅拌溶解;

(3)将步骤(1)制得的分散液与步骤(2)制得的混合物混合,加入硫代乙酰胺并搅拌;

(4)将步骤(3)的反应体系转移至水热釜中进行溶剂热反应;

(5)将步骤(4)产物倒入真空抽滤装置中抽滤,用去离子水洗涤,真空干燥后获得ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂。

进一步地,前述的一种可见光响应的ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂的制备方法,其中还原性醇剂至少为甲醇、乙醇或乙二醇之一。

本发明的目的之二是提供一种可见光响应的ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂的用途,首先该复合光催化剂具有宽可见光响应范围、高光催化活性,适用于太阳能转化利用和环境治理等领域,至少包括空气净化、污水处理、光解水制氢、CO2光催化还原制备醇类或碳氢化学物燃料。

本发明技术方案的应用实施,其显著优点主要体现在:

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