[发明专利]含硫缺陷的硫化物的制备方法与光催化还原二氧化碳的方法

说明书

本发明提供了一种含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物的制备方法，包括以下步骤：将四水合氯化铟、一水合乙酸铜和硫代乙酰胺在有机溶剂中反应，得到三元CuIn₅S₈超薄片；将所述三元CuIn₅S₈超薄片进行快速煅烧，得到含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物。本申请还提供了一种利用上述制备的含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物可见光催化还原CO₂的方法。实验结果表明，含硫缺陷的三元CuIn₅S₈硫化物具有更高的可见光催化还原二氧化碳成甲烷的选择性，其在可见光照射下能将CO₂几乎100％催化还原成甲烷，且CH₄生成速率约为8.7μmol·g^‑1·h^‑1。

技术领域

本发明涉及二氧化碳制备领域，尤其涉及一种含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物的制备方法与光催化还原CO₂的方法。

背景技术

当今社会，工业的快速发展带来了严重的环境污染和能源短缺问题，如何有效地解决能源和环境问题成为了一个世界性的课题。化石燃料的过度使用释放了大量的CO₂，导致了冰川融化、海平面上升以及温室效应等诸多问题，极大地阻碍了人类社会的可持续发展。将CO₂转化成清洁的能源能够有助于同时解决能源紧缺和环境恶化的问题，因此CO₂也是一种潜在的碳资源，如何有效地利用CO₂成为了全球的热点。

光能是取之不尽、用之不竭的洁净能源，足够满足全球的需求，因此光催化还原CO₂被认为是一种极具潜力的方案；另外，与其它方法相比，光催化还原CO₂通常在常温、常压下进行，直接利用太阳能且无需耗费其它的辅助能源，可真正实现碳材料的循环利用。但是，光催化二氧化碳还原是一个复杂的多电子过程，产物极其丰富且难以分离，如何高选择性的产生某种特定产物是当前亟待解决的难题。迄今为止，许多光催化材料已经应用于光催化还原CO₂中，然而极低的产物选择性严重阻碍了其实际应用。因此，寻找高选择性、高效率、稳定、便宜的光催化剂引起了人们的广泛关注。

金属硫化物作为地球上一类储量丰富且性质稳定的化合物，在化学化工、环境监测、石油工业以及国防军工等领域都发挥着不可替代的作用。金属硫化物半导体材料表现出良好的可见光响应和优异的光催化活性，通常情况下，其合适的导带电位足以还原水或二氧化碳。至今，硫化铟银、硫化铟锌等很多三元金属硫化物催化剂已被证实能够实现光催化还原CO₂，但通常的三元金属硫化物材料活性位点少、本征活性弱等缺点严重影响了其光催化还原CO₂的活性和选择性。制备三元金属硫化物超薄片，并且人为制造硫缺陷来调控其能带结构有助于解决以上问题。目前，制备含硫缺陷的三元金属硫化物超薄片并将其用于高选择性光催化还原CO₂产甲烷的应用尚未见报道。因此，发展一种简单易行的制备含硫缺陷的三元金属硫化物超薄片的方法，并将其应用于可见光催化还原CO₂十分必要。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种光催化还原CO₂的方法，该方法利用本申请制备的含硫缺陷的三元硫化物作为催化剂可实现可见光催化还原二氧化碳成甲烷，且具有较高的选择性与稳定性。

有鉴于此，本申请提供了一种含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物的制备方法，包括以下步骤：

将四水合氯化铟、一水合乙酸铜和硫代乙酰胺在有机溶剂中反应，得到三元CuIn₅S₈超薄片；