[发明专利]水热掺杂法制备Cu:Ag-In-Zn-S量子点光催化剂及其应用

说明书

本发明属于纳米材料合成技术领域，涉及水热掺杂法制备Cu:Ag‑In‑Zn‑S量子点光催化剂，包括：将银源，铟源和锌源溶于去离子水中，加入L‑半胱氨酸搅拌均匀得到澄清溶液，调节pH值6～10，得到溶液A；加入硫源超声搅拌均匀，在110℃～240℃水热反应4～8h，离心洗涤后得到Zn‑AgIn₅S₈量子点原液；将标准乙酸铜溶液加入溶液A中，加入硫源超声搅拌均匀，110℃～220℃水热反应4～8h，得到Cu:Ag‑In‑Zn‑S量子点光催化剂，或者，将标准乙酸铜溶液掺杂入Zn‑AgIn₅S₈量子点原液中搅拌均匀，离心、洗涤、干燥后即得。本发明还公开了将所制得光催化剂应用于光催化制氢。本发明工艺简单，价廉易得，反应时间较短，利用太阳光能转化为清洁能源减少了能耗和反应成本，显示出优异的光催化活性。

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，涉及量子点光催化剂，尤其涉及水热掺杂法制备Cu:Ag-In-Zn-S量子点光催化剂及其应用。

背景技术

多元硫化物，如I-III-VI族化合物半导体可以容忍很高的非计量比且拥有丰富的陷阱态，导致I-III-VI族半导体中载流子特征的深层给体/受体对复合机理并赋予其独特的光学性质。因此在光催化制氢领域中，这已广泛引起了研究工作者的兴趣，现阶段大量研究主要是通过调控组分、表面纳米结构、负载助催化剂等手段来调控带隙进而提高I-III-VI量子点的光催化活性。

Kudo教授组等报道了一系列开创性的(AgIn)_xZn_2(1-x)S₂、(CuIn)_(x)Zn_2(1-x)S₂等固溶体材料，I-III-VI族基硫化物固溶体中In5s5p和Cu3d/Ag4d轨道能够分别参与固溶体中导带和价带的形成，有利于构建在很宽的范围内带隙连续可调的光催化剂，特别是ZnS-CuInS₂-AgInS₂固溶体，通过系统调控组分来调节带隙（1.8-2.4 eV）和能级位置。但已有的工作中针对光催化剂产氢性能进行功能导向的制备和调控策略研究较少，很少考虑光催化应用中对能级位置、光生载流子分离和迁移、避免辐射复合等方面的要求，因此结合已开发的单分散量子点制备策略，深入探究复杂组分Cu:Ag-In-Zn-S量子点的组分和结构调控，包括尺寸、形状、暴露晶面、表面性质等，并通过与合适的助催化剂复合提高光生电子空穴分离效率，是提高可见光产氢性能的关键所在，而且已报道的单分散量子点光催化剂仍局限于四元及以下硫化物体系，对于产氢性能好但组分更复杂的多元Cu:Ag-In-Zn-S量子点的报道及研究深度远远不够，缺少对该体系的组分、尺寸、表面结构进行深入的系统研究。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开水热掺杂法制备Cu:Ag-In-Zn-S量子点光催化剂。

技术方案

配制2.0～2.5 mmol/mL的标准乙酸铜溶液。

一种水热掺杂法制备Cu:Ag-In-Zn-S量子点光催化剂，包括如下步骤：

（1）将银源，铟源和锌源溶于去离子水中，加入L-半胱氨酸搅拌均匀得到澄清溶液，用浓度为1M的NaOH溶液调节溶液pH值6～10，优选8.5，得到溶液A，其中所述银源，铟源、锌源、L-半胱氨酸、去离子水的固液比为 0.34mmol:1.7mmol:0.85mmol:3mmol:5.5mL；

（2）向溶液A中加入硫源超声搅拌均匀，移至内衬聚四氯乙烯水热釜中，在110℃～240℃水热反应4～8h，优选110℃水热反应4h，用乙醇/水循环离心洗涤后得到Zn-AgIn₅S₈量子点原液，其中所述溶液A和硫源体积比为5.5mL: 5～6mL；