[发明专利]一种制备In(OH)3-ZnIn2S4制氢材料的方法

说明书

本发明公开了一种光催化分解水制氢材料In(OH)₃‑ZnIn₂S₄复合物的制备方法。将0.2975g的Zn(NO₃)₂·6H₂O、0.6017g In(NO₃)₃·4.5H₂O和0.6090g的硫脲溶于蒸馏水中混合，在持续搅拌下，将0.2 mol/L NaOH滴加到溶液中调节pH为4—6；稳定半小时后，将混合液转移到100ml以聚四氟乙烯为内衬的高温高压反应釜中，反应温度为160℃—180℃，反应时间为10‑14h；将反应液转移到抽滤瓶中进行抽滤，然后分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，在60℃—100℃下干燥3—5小时，得到In(OH)₃‑ZnIn₂S₄复合物。本发明的制备方法由两种具有匹配带边势的半导体组成的复合材料，可以极大地促进光生载流子对的分离，提高光催化活性。

技术领域

本发明涉及一种制备In(OH)₃-ZnIn₂S₄制氢材料的方法，属于光催化材料技术领域。

背景技术

进入21世纪，人类文明发展正面临着能源危机和环境污染两大问题，寻求一种清洁可再生能源迫在眉睫。氢气是一种具有高燃料价值、高效率、能够长期储存的清洁能源。目前的氢气生产主要依靠煤和天然气的改造，这种途径必然增加不可再生能源的消耗，造成环境污染问题。因此，建立光化学系统作为生成替代能源的一种方法是非常重要的，也是解决能源和环境问题的基本方法。从1972年Fujishima和Honda两位科学家通过光电化学的方法将水分解为氢气和氧气开始，科学家们开始致力于半导体光催化分解水的研究。光催化分解水最具挑战性的任务是开发高效光催化剂，提高催化剂对太阳光的吸收。由于半导体的带隙能限制，有些催化剂只能吸收太阳光中的紫外光，这无形中浪费了太阳光中的大部分能量，但现在科学家们已经研究出大量能吸收可见光的催化剂，光催化分解水进入了一个新时代。在光催化分解水过程中，半导体既要具有合适的带宽，也可以同时吸收光子能量来产生氢气和氧气，但这种反应是热力学非自发的，吉布斯自由能约为237 kJ/mol。一般来说，半导体的带隙宽度应大于水分解的理论电压值1.23eV ，但实际上半导体的带隙能应大于2eV才能确保反应的发生。光催化分解水的发生一般需要三个步骤：(1) 光催化剂吸收的光子能量需大于该材料的带隙能，并在催化剂半导体内产生光激发电子-空穴对；(2) 光激发的载流子在向表面迁移时有一部分会发生复合，电子从半导体的价带受到激发跃迁至导带，同时在价带得到空穴；(3) 水被光生电子和空穴分别在导带和价带发生还原反应和氧化反应，产生H₂和O₂。反应的发生受光催化剂结构和电子性质的影响很大，半导体的高结晶度，大比表面积对光催化性能有积极的影响。光催化整体分解水通常被认为是两个半反应结合在一起，即水被还原为氢气和水被氧化为氧气，在光催化全解水的过程中不加入任何的牺牲试剂，半导体受到激发，电子由价带跃迁到导带，电子则在导带将水还原为氢气，留在价带的空穴则将水氧化为氧气。尽管在光催化产氢半反应和产氧半反应取得了很大的进展，但设计一个高效的光催化全解水系统仍然是一个巨大的挑战，到目前为止，研究结果并不能达到大范围应用的地步。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备In(OH)₃-ZnIn₂S₄制氢材料的方法，为

促进光催化生产氢提供了新材料。

本发明是这样实现的。一种制备In(OH)₃-ZnIn₂S₄制氢材料的方法，包括以下步骤：