[发明专利]一种可调控带隙的可见光催化剂的合成方法

说明书

本发明涉及一种可调控带隙的可见光催化剂的合成方法，步骤包括：分别以无机锌盐、无机铟盐和硫源作为原料，依次溶解到一定量的去离子水中溶解至澄清透明溶液，在120‑180℃下进行水热反应。本发明的特点是在高温高压反应条件下利用In原子取代ZnS中的Zn原子形成Zn_1‑xIn_2x/3S型固溶体，从而达到调节催化剂能带结构的目的。Zn_1‑xIn_2x/3S型固溶体能有效实现光生电子‑空穴对的高效分离、转移与迁移，稳定性较好，具有较强的可见光吸收，在可见光下，对2‑硝基苯酚的降解率可达到91％。

技术领域

本发明涉及一种可调控能带结构的Zn_1-xIn_2x/3S型固溶体可见光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来工业的快速发展导致水体中有机污染物含量急剧增加，在环境中产生大量持久性化学污染物，这对人类和动植物健康都产生很大威胁，严重干扰和破坏了生态环境平衡。半导体光催化剂对有机和无机污染物的破坏作为解决环境危机的一种潜在手段，已经得到了广泛的研究。作为解决环境危机问题的潜在办法，半导体光催化材料用于降解有机和无机污染物已被广泛研究，其主要优点是污染物可以完全降解为CO₂、H₂O和其他无机组分而无需二次处理。目前为止，已有很多半导体光催化材料合成出来用于降解污染物，例如：ZnS、SnO₂、TiO₂以及GaN等等。但是这些材料都只能对紫外光响应。为有效地提高这些材料对光的利用率，合成固溶体材料是一种有效的解决途径，通过形成固溶体材料可以对带隙结构进行调节，从而拓宽材料的光响应范围，最终能够更高效地使用太阳能资源。

作为典型的Ⅱ-Ⅵ型材料，ZnS带隙值约为3.6eV，且具有较高的还原电位，是很好的光催化材料，但是ZnS只能对紫外光响应且光腐蚀作用较强。常用的增强可见光吸收的方法有三种：(1)降低半导体材料的导带，即适当削弱其还原能力；(2)提高半导体材料的价带，即适当削弱其氧化能力；(3)通过引入其他材料形成不纯的导带价带。In₂S₃是Ⅲ-Ⅳ型材料，带隙值约为2.0eV，具有较强的可见光吸收。除此之外，In₂S₃是很好的一种助催化材料，对于易发生光腐蚀的半导体材料具有很好的稳固作用。因此，通过构建Zn_1-xIn_2x/3S固溶体不仅可以很好解决ZnS不能吸收可见光问题，还能抑制ZnS的光腐蚀作用，从而提高了ZnS的稳定性，提高对光的利用效率。

发明内容

固溶体半导体材料是指某些元素半导体或者化合物半导体相互溶解而形成的一种具有半导体性质的固态溶液材料，又称为混晶半导体或者合金半导体。两种化合物若离子半径相近、晶格结构相似则可以通过调节比例制备带隙连续变化的可见光响应的光催化剂。构建Zn_1-xIn_2x/3S固溶体，引入的In原子替代了ZnS中的部分Zn原子，通过调节Zn:In的不同比例合成一系列不同带隙的Zn_1-xIn_2x/3S材料，从而拓宽了ZnS的光响应范围；另外，Zn_1-xIn_2x/3S固溶体中，ZnS与In₂S₃接触紧密，极大的抑制了ZnS的光腐蚀作用，极大的提高了对可见光的利用效率，最终达到更高效地使用太阳能资源的目标。