[发明专利]一种三维花片状硫铟锌微-纳米线阵列及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维花片状硫铟锌微‑纳米线阵列及其制备方法和应用，以经过预处理的锌片为基底，以铟源、硫源为前驱体，通过控制溶剂热反应的温度和时间，从而制备出ZnIn₂S₄微‑纳米线阵列。本发明制备的三维花片状结构的ZnIn₂S₄微‑纳米线阵列，是固体基底上的首创；依据本发明提供的方法制备的ZnIn₂S₄微‑纳米线阵列具有比表面积高，反射率低，陷光性好，缺陷较少且能够反复使用等优异特性；且制备方法简单，过程易控，成本低廉，无毒环保，在光催化制氢，光催化降解有机污染物，人工光合作用，光催化杀菌，太阳能电池等领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备和太阳能应用转化领域，尤其是涉及一种三维花片状硫铟锌微-纳米线阵列及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界各国经济快速发展，人类对能源的需求越来越高，对环境保护的呼声也日益高涨。但是传统的化石能源是一种不可再生能源，面临着日益枯竭的趋势，并且化石能源在燃烧时产生CO₂、SO₂等有害气体对环境有着巨大的破坏。所以解决能源危机和环境污染问题成为了当今世界面临的两个主要课题，世界各国都把建立绿色环保、可持续发展的新能源体系作为国家的重大发展战略。半导体光催化技术是一种高效、安全的环境友好型环境净化和产氢技术，在解决环境污染和能源危机问题上有着巨大的应用潜力，目前在光催化制氢，光催化降解有机污染物，人工光合作用，光催化杀菌，太阳能电池等领域都有着广泛的应用。

近年来，过渡金属硫化物型光催化剂得到广泛研究和关注，因为硫化物一般具有较窄的禁带宽度，可以直接吸收可见光而发生光催化反应。三元硫化物ZnIn₂S₄作为AB₂X₄型半导体中的一员，带隙宽度在2.4eV左右，是一种可见光响应的半导体材料，具有优异的光学性质和催化稳定性，因而在科学界和产业界均受到了广泛关注。例如公开号为CN102795661A的中国专利，通过溶剂热法制备了一种分级花状ZnIn₂S₄三元化合物，在光催化降解有机物、净化空气等领域有较好效果。公开号为CN103736501A的中国专利，通过溶剂热法制备了一种具有同质异相结的ZnIn₂S₄复合材料，能够明显光催化降解甲基橙等有机染料。公开号为CN103908971A的中国专利，通过水热法制备了一种用于选择性催化氧化偶联胺生成亚胺的ZnIn₂S₄光催化剂，可在空气中、可见光照射下进行选择性氧化胺类化合物生成亚胺。上述方法制备的ZnIn₂S₄有各自的优点，但也有很多不足。比如他们制备的ZnIn₂S₄都是粉体材料，均匀性较差，易团聚，不利于回收和重复利用。众所周知，对于无机纳米材料而言，形貌、尺寸、结构等因素对其物理化学性质都有着很大的影响。一维纳米材料如纳米线、纳米管等具有比表面积高、限光性好等优异特性，在氧化物、硫化物等半导体催化领域都有着广泛的应用。然而，目前对ZnIn₂S₄的研究大多数都集中在纳米片、微球等多维材料，对于纳米线、纳米管等一维材料材料制备领域依然是一个巨大的挑战。