[发明专利]一种2D/2D氮掺杂钛酸镧/硫铟锌异质结光催化剂的制备方法

说明书

本发明属于工业催化技术领域，主要是公开了一种2D/2D氮掺杂钛酸镧/硫铟锌异质结光催化剂的制备方法及其全光照射下光催化分解水制氢中的应用。以氮掺杂的钛酸镧(N‑La₂Ti₂O₇)纳米片为基底，用多官能团柠檬酸三钠作为表面活性剂，在水热处理条件下使ZnIn₂S₄纳米片均匀的生长在N‑La₂Ti₂O₇纳米片表面，两者间形成紧密接触面贴面式的II型异质结结构，从而很好的解决了光催化反应过程中电子‑空穴对易复合的关键难题。最后通过光催化分解水制氢活性测试，扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见漫反射、PL荧光光谱等表征来进一步确定该催化剂的光催化效率以及光生电子迁移路径和反应机理。该系列催化剂制备工艺简单，原材料成本低，活性高、适合进一步放大生产及实际应用。

技术领域

本发明属于能源催化技术领域，涉及一种在全光照射下光催化分解水制氢的一种2D/2D氮掺杂钛酸镧/硫铟锌异质结光催化剂的制备方法。

背景技术

石油和化石能源的大量使用引起了地球温暖化、环境污染和能源短缺等问题，是当前社会面临的重大挑战。在此，氢气作为一种高效清洁的二次能源，被认为是未来社会重要的清洁能源的来源。因此，开发无污染、低成本的制氢技术日益受到高度关注。半导体光催化技术分解水产氢，是实现为人类社会提供可再生氢能的理想技术之一。而在众多的光催化剂中，钛酸镧(La₂Ti₂O₇)作为一种具有特殊层状结构的钙钛矿型材料，有着高稳定性、无毒以及二维纳米片结构有利于提供更多的反应活性位点等优点备受欢迎。但是在实际应用中La₂Ti₂O₇并没有表现出较高的产氢活性，主要原因是La₂Ti₂O₇的禁带宽度约为3.6eV，使得其只能吸收紫外光，无法响应可见光，对太阳光的利用范围十分低，同时La₂Ti₂O₇具有较高的光生载流子复合几率，严重制约了La₂Ti₂O₇的在光催化领域的实际应用。ZnIn₂S₄作为典型的产氢光催化剂而广受关注，但在实际应用中并没有表现出高效的光催化产氢活性，主要原因是在制备过程中ZnIn₂S₄易团聚导致其比表面积较小，此外，在反应过程中ZnIn₂S₄极易发生光腐蚀和自氧化反应。