[发明专利]一种复合金属硫化物光催化剂及其制备方法和应用

说明书

 

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体地说涉及一种应用于太阳光催化还原水制氢的复合金属硫化物光催化剂及其制备方法和应用。 

背景技术

人类活动造成能源消耗呈现爆炸式增长，然而化石能源（石油、天然气、煤炭）可用量严重减少，逐渐趋于枯竭。取之不尽、用之不竭、经济环保的太阳能是较为理想的能源来源。光催化技术以其室温深度反应和可直接利用太阳能等特性，成为一种理想的洁净能源生产技术。自从1972年Fujishima和Honda教授发现利用二氧化钛电极在紫外光照下可以分解水生成氢气和氧气以来，光催化技术便引起了各国科学家的广泛关注。

经过几十年的研究，该技术在光解水制氢方面已取得重要进展，宽光谱、强吸收太阳光驱动光催化剂的研制是促进其实用化的关键因素之一。复合异质型半导体催化剂作为一种调控太阳光响应和提升催化性能的重要手段，日益体现出其潜在的优越性。金属硫化物半导体如CdS等在光解水制氢方面表现出较好的活性，然而其光蚀严重，限制了其进一步的应用。日本科学家Kudo等运用高温烧结技术制备了AgInS₂-ZnS光催化剂,但其反应条件较为苛刻。因此，研发条件温和制备新型的复合高效制氢光催化剂显得尤为必要。

发明内容

本发明提供了一种复合金属硫化物光催化剂及其制备方法和应用，解决了复合金属硫化物在太阳光制氢方面的效率问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种复合金属硫化物光催化剂，所述光催化剂的表达式为AgInS₂-xAg₂S-yZnS-zIn₆S₇x, y, z 分别取 0或1，当x, y, z不同时为0时，所述催化剂为硫化物的异质复合结构。

若x, y, z都取0，则为AgInS₂的纯相光催化剂，单组份AgInS₂仍具有光催化性能，但不再有异质结结构，且光催化性能低于有xAg₂S-yZnS-zIn₆S₇异质结构的复合光催化剂，只要x, y, z不同时取0，该催化剂就是硫化物的异质复合结构。

上述复合金属硫化物光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）利用沉积-沉淀法合成二乙基二硫代氨基甲酸铟（In(DDTC)₃）前驱体；

（2）将适量醋酸锌和上述In(DDTC)₃前驱体以及AgI加入到聚四氟乙烯内衬高压釜，在水热加压条件下反应制备光催化剂AgInS₂-xAg₂S-yZnS-zIn₆S₇。

进一步地，In(DDTC)₃前驱体的合成方法如下：

水合三氯化铟（InCl₃·4H₂O）与二乙基二硫代氨基甲酸钠（(C₂H₅)₂NCSSNa·3H₂O）的乙醇混合溶液搅拌反应，即可制得二乙基二硫代氨基甲酸铟（In(DDTC)₃）前驱体，其中，三氯化铟溶液的浓度为0.09-0.12 mol·L^-1，二乙基二硫代氨基甲酸钠溶液的浓度为0.25-0.35 mol·L^-1。

进一步地，所述水热反应过程如下：将AgI和In(DDTC)₃前驱体转移到盛有占其容积70-80％的去离子水的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，按Ag元素物质的量的0.15-8倍加入醋酸锌，然后将反应釜放至160 -250 ℃烘箱中反应6-48 h，反应完毕后产物经离心和去离子水洗涤，即得到AgInS₂-xAg₂S-yZnS-zIn₆S₇复合异质光催化剂。