[发明专利]一种具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的制备方法及其应用。

背景技术

目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢是自然界存在最普遍的元素，氢能源具有无污染，热值高，可循环，且其利用形式多样等优点，作为取代化石燃料的理想能源，有着广泛的应用前景。利用太阳能分解水制氢，将能量密度低、分散性强的太阳能转化为氢能，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，其产物水又可作为太阳能制氢的原料，且对环境不会产生任何污染，可形成良性循环的能源体系。

ZnS由于其具有较负的导带位置，而被广泛的应用于光催化分解水制氢中。但是由于硫化锌具有较宽的帯隙（～3.7eV）而只能响应紫外光，但是，紫外光在太阳光中所占比例只有3％－5％，限制了ZnS在可见光下的应用。此外，硫化锌在光催化反应过程中由于光腐蚀存在稳定性问题。

发明内容

本发明是要解决现有硫化锌只响应紫外光、催化过程中稳定性差的问题，提供了一种具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的制备方法及其应用。

本发明一种具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的制备方法，是通过以下步骤进行的：一、称取锌源和硫源分别溶于蒸馏水中，搅拌5～10min，得到硫源溶液和锌源溶液；二、将硫源溶液在搅拌速度为600转/分的条件下加入到锌源溶液中，继续搅拌3～5min，得到硫化锌固体；三、将硫化锌固体用去离子水洗涤，然后离心，收集固相物，再用去离子水洗涤，然后进行醇洗涤，收集固相物，再放入60℃烘箱中干燥48h后，得到干燥后的硫化锌，然后经研钵研碎得到粉体硫化锌；四、将盛有硫化锌粉体的瓷舟放入管式炉中，在氨气气氛下升温到750～900℃后，恒温5～20h，然后在氨气气氛下冷却至室温，得到具有可见光催化活性高稳定性的氮掺杂硫化锌，即完成具有可见光催化活性高稳定性的氮掺杂硫化锌的制备。

本发明以廉价易得的原料，通过简单的共沉淀与高温氮化法首次制备了只有氮掺杂的具有稳定催化活性，同时对整个可见光区都有响应的氮掺杂的硫化锌光催化剂。操作简单，合成方便，并且效果明显。

本发明具有可见光催化活性高稳定性的氮掺杂硫化锌具有较稳定的分解水制氢性能，在反应过程中保持了稳定的放氢速率，具有较好的催化稳定性。

附图说明

图1为试验1制备的具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的XRD图谱；其中a为光催化测试反应前的氮掺杂硫化锌的XRD图谱，b为光催化测试反应12h后的氮掺杂硫化锌的XRD图谱；

图2为试验1制备的具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的N1S XPS高分辨图谱；

图3为试验1制备的具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的紫外-可见漫反射谱图；

图4为试验1制备的具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的催化分解水制氢性能图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种具有可见光催化活性、高稳定性的氮掺杂硫化锌的制备方法，是通过以下步骤进行的：一、称取锌源和硫源分别溶于蒸馏水中，搅拌5～10min，得到硫源溶液和锌源溶液；二、将硫源溶液在搅拌速度为600转/分的条件下加入到锌源溶液中，继续搅拌3～5min，得到硫化锌固体；三、将硫化锌固体用去离子水洗涤，然后离心，收集固相物，再用去离子水洗涤，然后进行醇洗涤，收集固相物，再放入60℃烘箱中干燥48h后，得到干燥后的硫化锌，然后经研钵研碎得到粉体硫化锌；四、将盛有硫化锌粉体的瓷舟放入管式炉中，在氨气气氛下升温到750～900℃后，恒温5～20h，然后在氨气气氛下冷却至室温，得到具有可见光催化活性高稳定性的氮掺杂硫化锌，即完成具有可见光催化活性高稳定性的氮掺杂硫化锌的制备。

本实施方式以廉价易得的原料，通过简单的共沉淀与高温氮化法首次制备了只有氮掺杂的具有稳定催化活性，同时对整个可见光区都有响应的氮掺杂的硫化锌光催化剂。操作简单，合成方便，并且效果明显。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的步骤一中硫源和锌源的物质的量比为（1.0～1.5）：1。其它与具体实施方式一相同。