[发明专利]一种四硫化二钴合镍-四硫化二铟合锌复合物、制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种四硫化二钴合镍‑四硫化二铟合锌复合物、制备方法与应用，所述复合物中NiCo₂S₄为空心蛋黄‑蛋壳球体，ZnIn₂S₄原位生长于空心蛋黄‑蛋壳球体外表面，所述制备方法，包括以下步骤：首先制备NiCo‑MOF，以NiCo‑MOF衍生化得到的空心蛋黄‑蛋壳NiCo₂S₄球体作为载体，通过低温油浴法在空心蛋黄‑蛋壳球体的外表面进行ZnIn₂S₄纳米片的原位生长，形成蛋黄‑蛋壳结构NiCo₂S₄@ZnIn₂S₄复合物，采用水热法和低温油浴法两步制备了蛋黄‑蛋壳结构NiCo₂S₄@ZnIn₂S₄复合物，具有化学性质稳定，形貌均匀，催化效率高等优点，可用于太阳能转化利用和光催化产氢。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，特别是涉及一种四硫化二钴合镍-四硫化二铟合锌复合物、制备方法与应用。

背景技术

能源是人类社会维持生存和发展的重要基石。人口的持续增长和世界经济规模的扩大导致人类对能源的需求量日益增加。与此同时，化石能源对环境的污染和全球气候变化的影响也日趋严重，使得人类的生存环境逐渐恶化。氢能作为一种高能量密度的清洁能源，有希望代替传统化石燃料成为一种新型能源载体。由于低成本、无污染和环境友好等优点，利用太阳能分解水是目前最具吸引力的产氢途径之一。开发出性能稳定、廉价、高效的新型光催化材料是促进光催化分解水制氢技术发展的重要途径。到目前为止，许多半导体材料已经被开发做成析氢光催化剂，但它们大多存在光催化活性低的问题。

三元金属硫化物ZnIn₂S₄作为AB₂X₄族半导体中唯一具有层状结构的成员，具有较高的化学稳定性、合适的带隙以及较好的可见光响应能力。此外，ZnIn₂S₄还具有成本低、毒性小、制备工艺简单等优点。因此，ZnIn₂S₄在光催化分解水方面的应用逐渐吸引了人们的关注。然而，ZnIn₂S₄仍存在一些缺点如光生电子空穴对易重组、载流子迁移能力较差等。半导体复合改性是提高材料光催化性能的有效手段。由于异质界面之间存在电位梯度，能带结构匹配的金属硫化物半导体之间的适当耦合可以有效地加速光生电荷的分离和转移。此外，半导体复合还会提高光吸收能力和光稳定性，从而增强材料的光催化性能。NiCo₂S₄作为一种三元过渡金属硫化物，具有特殊的物理、化学性能，从而引起了人们的研究兴趣。将ZnIn₂S₄和NiCo₂S₄这两种硫化物相耦合，有望获得具有高光催化产氢活性的光催化剂。除了对化学成分的控制外，高效光催化反应的实现也在很大程度上取决于对催化剂结构的合理设计。蛋黄-蛋壳(yolk-shell)结构是一种核壳结构和空心结构的混合结构，具有独特的核-空隙-壳结构，近年来引起了极大的研究兴趣。蛋黄-蛋壳结构以其独特的活动核、空心间隙和壳的功能性在各个领域有着广阔的应用前景，例如纳米反应器，锂离子电池，和光催化等。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽可见光响应范围、高催化活性的蛋黄-蛋壳结构NiCo₂S₄@ZnIn₂S₄复合物、制备方法，将其用于光催化产氢领域。利用NiCo₂S₄@ZnIn₂S₄复合物独特的结构、形貌和功能特性，解决当前光催化领域中可见光相应能力差，光生载流子分离转移效率不高，光催化性能不高的问题。