[发明专利]一种复合催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种复合催化剂的制备方法及应用。该制备方法包括步骤：将ZIF‑8煅烧得到纳米ZnO粉体，将纳米ZnO粉体加入到CdInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;前驱溶液中，进行溶剂热反应，得到CdInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;/ZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;复合催化剂。本发明以ZIF‑8衍生的纳米ZnO粉体作为Zn源引入到CdInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;前驱溶液中，通过溶剂热‑沉淀转移实现了结构的自组装，成功构建了石榴状的CdInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;/ZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;纳米异质结。该纳米异质结整合了各组分的结构优势，提高了表面空位的浓度，为COsubgt;2/subgt;和水吸附提供了丰富的位点，同时因良好的能带匹配而衍生的内部静电场显著提高了载流子的迁移效率，从而表现出优异的光催化COsubgt;2/subgt;和水制合成气的性能。

技术领域

本发明涉及光催化转化技术领域，尤其涉及一种CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄复合催化剂的制备方法及应用。

背景技术

双金属硫化物(如CdIn₂S₄，ZnIn₂S₄)因其独特的电子结构和光学特性被研究者们广泛应用于光催化CO₂转化和光解水领域。特别是双金属硫化物与另一种能带结构匹配的组分进行耦合形成异质结，衍生的内建电场能够极大地加速光生载流子(电子和空穴)的分离和迁移；同时有效地拓宽光的吸收能力，产生更多的光生载流子。此外，除了基于构建异质结以及化学组分的调控以外，对复合催化剂组分的结构和形貌及其界面进行精心的设计也是十分必要的。

具有尖晶石结构双金属硫化物CdIn₂S₄以及ZnIn₂S₄，由于杰出的可见光吸收、易制备、优异的光电性质以及化学稳定性使得它们在光催化转化领域有着重要的地位。然而传统方法合成的单一组分催化剂，往往载流子易于复合，电子能带结构不能很好地匹配用于CO₂还原反应及水的分解反应，从而限制了它们在该领域的应用。目前已有专利公布的CdIn₂S₄制备方法是含有InCl₃、CdCl₂和硫代乙酰胺的水溶液经水热法合成，其形貌为微米球(申请号：2017112218932)。该方法制备的CdIn₂S₄催化剂通常比表面积较小且表面空位缺陷不足，不能为反应提供更多的反应活性位点。目前已有专利公布的ZnIn₂S₄制备方法是将可溶性的二价锌盐、三价铟盐、硫脲以及适量的盐酸，充分搅拌均匀至澄清溶液状态，经200-250℃水热反应得到ZnIn₂S₄纳米薄片并用于光电极材料(申请号：2018102266671)。其不足在于水热反应温度较高，且表面空位较少。近期He等的文章(Adv.Funct.Mater.，2019，29，1905153)公布的富含表面Zn空位的花状ZnIn₂S₄微球，应用于CO₂光还原领域，其性能与表面空位较少的块体ZnIn₂S₄相比有所提高，但仍需进一步提升。提高催化剂表面空位缺陷以及构建具有能带匹配的两组分异质结而利用其衍生内部静电场提高载流子的迁移效率，是提高催化剂光催化转化活性的有效手段之一。