[发明专利]一种具有高可见光活性的MnISCN纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有高可见光活性的MnISCN纳米复合材料及其制备方法，是先采用冷冻膨胀和热处理协同的方法无模板地合成了介孔g‑C₃N₄纳米片，再在MnIn₂S₄纳米片原位负载介孔g‑C₃N₄纳米层结构，制备出具有高可见光活性的MnIn₂S₄/g‑C₃N₄纳米复合材料，较单独的MnIS纳米薄片和介孔CN纳米片而言，本发明制得的MnISCN纳米复合材料在MnIS纳米薄片和CN纳米片之间建立了紧密2D/2D异质界面，有效地加速了光生电荷载体的转移和分离，具有高效光催化医药废水的降解能力和光解水制备氢气的活性，该体系在光催化领域具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于催化剂材料制备技术领域，涉及一种复合材料及其制备方法，尤其涉及一种具有高可见光活性的MnISCN(即MnIn₂S₄/g-C₃N₄)纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

自从1972年藤岛昭和本田教授使用TiO₂作为光电极通过光电化学的方式成功实现水分解制氢这一开创性工作以来，人们一直把光催化这种基于半导体光吸收将太阳能转化为化学能的新技术作为控制环境污染和能源生产策略之一。然而，尽管TiO₂在光催化应用中表现出巨大的潜力，但由于其吸收能力弱，仅对应紫外光吸收，极大的限制了TiO₂的实际应用。考虑到可见光是太阳光谱的很大一部分，从有效利用太阳能的角度探索具有高能可见光响应的高活性光催化剂是至关重要的。

AB₂X₄基复合光催化剂，作为具有可见光响应的半导体光催化剂已经有了较为深入的研究。到目前为止，谢毅院士课题组已经报道了具有优良稳定性的氧掺杂的ZnIn₂S₄超薄纳米片的设计和制备，研究表明较未掺杂的ZnIn₂S₄，氧掺杂的ZnIn₂S₄超薄纳米片具有显著增强析氢反应的光催化活性。氧掺杂ZnIn₂S₄的活性提高归因于结构变形和缺陷的形成，从而促进了光生载流子的分离效率的提高。傅等人通过将立方ZnIn₂S₄量子点装饰到六方ZnIn₂S₄微球表面，合成了具有高效水分解活性的ZnIn₂S₄晶相异质结。此外，Kale等人通过水热和微波路径制备了具有不同的微观结构形态的CdIn₂S₄。光催化实验表明，所有CdIn₂S₄样品都显示出比块状CdS更有效的光催化活性。