[发明专利]一种金属镍修饰的硫铟锌光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于光催化材料制备和光催化技术领域，具体涉及一种Ni‑ZnIn₂S₄复合型光催化剂材料及其制备方法，以及其可见光照射下光催化产氢耦合苯甲醇选择性氧化的应用，通过简单的光沉积的方法，制备得到Ni‑ZnIn₂S₄光催化复合材料，所制备的Ni‑ZnIn₂S₄光催化复合材料均比ZnIn₂S₄纳米材料具有更高的产氢性能和选择性氧化苯甲醇产苯甲醛的性能。本发明方法制备过程简单，反应条件温和，并且不含成本高昂的贵金属，对选择性有机合成领域具有重要的实际应用价值，有利于环境和能源的可持续发展。

技术领域

本发明涉及一种用于光催化产氢耦合苯甲醇选择性氧化的光催化剂的制备方法，具体涉及一种金属镍修饰的硫铟锌(Ni-ZnIn₂S₄)复合型光催化剂，属于光催化材料制备和光催化技术领域。

背景技术

随着化石燃料的减少，能源危机成为人们面临的重大问题，自1972年Honda报道光电解水产氢以来，光解水产氢受到了广泛的研究。目前在研究光解水产氢的体系中，大部分都需要加入牺牲剂作为电子给体，这不仅增加了体系的成本，而且也相当于浪费了体系中光生空穴的能量，不利于提高太阳光转化效率。相比之下，同时利用光生电子和空穴，将苯甲醇选择性转换为用于合成增值的精细化学品的中间体（苯甲醛）以及产氢相结合的双功能光催化体系无疑是一个更好的选择。

ZnIn₂S₄以其理想的帯隙（2.16 eV左右）和合适的能带结构的独特的优势备受关注，然而，单一组分光催化剂始终存在着太阳光利用率低和量子效率低等问题。非贵金属负载被证明是提高半导体光催化效率的有效方法之一。到目前为止，非贵金属镍作为一种有效的催化助剂，已被应用于光催化二氧化碳还原、有机合成以及光解水领域。因此，我们引入过渡金属镍修饰ZnIn₂S₄，镍既可以捕获电子促进光生载流子的分离来促进光氧化还原反应的活性，也可以作为位点以调控苯甲醇氧化的选择性。在开发低成本、高活性的非贵金属光催化剂用于同时光催化产氢耦合苯甲醇选择性氧化方面具有深远的意义和广阔的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产工艺简单、环境友好、有规则形貌的金属镍修饰的硫铟锌(Ni-ZnIn₂S₄)复合型光催化剂及其制备方法，以及该光催化复合材料在光催化产氢耦合苯甲醇选择性氧化中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属镍修饰的硫铟锌(Ni-ZnIn₂S₄)复合型光催化剂，该催化剂在可见光下具有高效的光催化产氢耦合苯甲醇选择性氧化的活性。

所述金属镍修饰的硫铟锌(Ni-ZnIn₂S₄)复合型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水热法制备硫铟锌ZnIn₂S₄纳米材料：

将六水合硝酸锌，四水合氯化铟和和十六烷基三甲基溴化铵溶解在去离子水中，在室温下磁力搅拌30分钟；随后将硫代乙酰胺加入上述溶液中；再搅拌30分钟后，将混合物转移至聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，将高压釜在160℃保持16 h；然后，自然冷却至室温得到黄色固体；用无水乙醇和去离子水洗涤，以除去残余物，最终产物在真空烘箱中干燥12h；

（2）光沉积法制备金属镍修饰的硫铟锌Ni-ZnIn₂S₄复合型光催化剂：