[发明专利]一种富含表面S空位ZnIn2

说明书

一种富含表面S空位ZnIn₂S₄纳米片阵列的制备方法，属于半导体光电催化材料的制备方法。制备方法，首先制备ZnIn₂S₄纳米片阵列，ZnIn₂S₄纳米片阵列垂直生长在衬底上；然后通过等离子体清洗在其表面产生大量的S空位，调节等离子清洗功率来实现引入不同量的S空位。引入的S空位在ZnIn₂S₄导带下侧形成一个局域能级，降低带隙宽度，提高ZnIn₂S₄纳米阵列电极片的吸光性能。S空位也可作为光生电子陷阱，提高光生电荷的寿命，进而提高其光催化性能。优点：富含S空位的ZnIn₂S₄纳米片阵列具有比表面积大、光吸收性能好，制备条件宽松，无毒，材料应用过程中易于回收，能够循环利用。

技术领域

本发明涉及一种半导体光电催化材料的制备方法，特别是一种富含表面S空位的ZnIn₂S₄纳米片阵列光电催化材料制备方法。

背景技术

化石能源的日趋枯竭，带来了诸多全球性环境问题。开发清洁可持续的能源迫在眉睫，越来越多的科学家把目光聚焦在太阳能上，太阳能中蕴含着无尽的能量。目前的太阳能光伏产业主要是将太阳能转化为电能，如将光转化成的电能更进一步转化为化学能则需要构建电化学反应池，使得整个反应过程能量损失较大。通过光催化反应将电能直接转化为化学能可以减少中间过程，更有利于能量的高效利用。

自1972年藤岛昭等人发现TiO₂具有光电催化分解水产氢的性能以来，大批材料科学家将光催化作用视为实现能源突破的重要一点。TiO₂材料只能利用紫外光，无法吸收可见光严重制约了其发展。金属硫化物普遍具有较窄的带隙宽度，可以很好的吸收可见光。CdS是当前研究最多的S化物材料之一，不过CdS稳定性较差，容易发生光腐蚀。

在2003年李灿课题组首次使用水热法合成了粉体ZnIn₂S₄，并且证明具有光催化产氢性能。近些年关于ZnIn₂S₄光催化的研究越来越广泛，大家多聚焦在光催化降解污染物，光催化分解水制氢方面。粉体光催化剂，光生电荷定向传输困难，粉体材料通常分散在水中实现光催化反应，不易重复利用。通过构建光电极，使光催化剂附着在导电基板上，不仅可以增加光吸收效率，还能有利于光生电荷定向传输。当前已有关于ZnIn₂S₄材料在光电催化领域的应用，单纯的ZnIn₂S₄光电极光催化性能仍比较弱，大多数改性ZnIn₂S₄的方法是通过负载其他光催化剂，提高光的吸收和光生电荷的分离效率。其改性方法复杂，没有从ZnIn₂S₄自身结构出发，光催化性能提高有限。

发明内容

本发明的目的是要提供一种富含表面S空位ZnIn₂S₄纳米片阵列的制备方法，解决当前光电催化领域中光电催化材料光吸收性能差，光电性能不高，光生载流子传输困难，光电催化性能不高的问题。

本发明的目的是这样实现的：首先制备ZnIn₂S₄纳米片阵列，ZnIn₂S₄纳米片阵列垂直生长在衬底上，纳米片厚度为30-50nm；然后通过等离子体清洗在其表面引入大量S空位，提高其光催化性能，通过调节等离子清洗功率来实现引入不同量的S空位。引入的大量S空位在ZnIn₂S₄导带下侧形成一个局域能级，降低带隙宽度；S空位作为光生电子俘获中心提高光生电荷的寿命，提高ZnIn₂S₄纳米阵列电极片的吸光性能。

具体步骤如下：