一种锌铟硫/铜铟硫（即ZnIn2S4/CuInS2）二维异质结光催化剂、其制备方法及应用，属于光催化领域，(1)将锌源化合物、铟源化合物和硫源化合物溶解在水中制备成悬浊液；(2)将步骤(1)所得悬浊液在100℃～250℃反应10小时以上；(3)将步骤(2)所得产物离心收集，洗涤，干燥得到ZnIn2S4光催化剂；(4)将铜源化合物、铟源化合物、硫源化合物以及步骤(3)所得ZnIn2S4光催化剂分散到乙二醇中制备成悬浊液；(5)将步骤(4)所得悬浊液在100℃～250℃反应10小时以上；(6)将步骤(5)所得产物离心收集，洗涤，干燥，得到ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂。
【技术实现步骤摘要】
一种锌铟硫/铜铟硫二维异质结光催化剂、其制备方法及应用
本专利技术属于光催化领域，具体涉及一种锌铟硫/铜铟硫二维异质结光催化剂、其制备方法及应用。
技术介绍
太阳能光催化技术是解决能源危机和环境污染的理想方式之一。开发高效光催化剂是决定太阳能光催化技术能否实现应用的关键。ZnIn2S4具有光吸收系数高、无毒以及易制备等优点，是一种非常具有应用前景的光催化材料。然而，严重的光生载流子复合以及有限的可见光吸收限制了ZnIn2S4实际应用。前期研究通过离子掺杂，缺陷构筑等手段显著提升了ZnIn2S4光催化产氢性能。但总体而言，ZnIn2S4光催化剂的产氢性能还较低，主要原因在于载流子分离效率以及可见光吸收效率较低，有待于进一步提高。CN103071513A公开了一种MoS2/ZnIn2S4产氢光催化剂，CN101927173A公开了一种ZnIn2S4-CdIn2S4光催化剂，目前还未见有关ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锌铟硫/铜铟硫（即ZnIn2S4/CuInS2）二维异质结光催化剂、其制备方法及应用。基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将锌源化合物、铟源化合物和硫源化合物按锌︰铟︰硫摩尔比为（1～2）:（2～4）:（4～12）的比例溶解在水中制备成悬浊液；(2)将步骤(1)所得悬浊液在100℃～250℃反应10～24小时；(3)将步骤(2)所得产物离心，收集固体，用无水乙醇和去离子水洗涤，20℃～80℃干燥8～12小时，得到ZnIn2S4光催化剂；(4)按铜︰铟︰硫摩尔比为（1～2）:（1～2）:（4～12）的比例将铜源化合物、铟源化合物、硫源化合物加入乙二醇中，再加入步骤(3)制得的ZnIn2S4光催化剂，CuInS2占ZnIn2S4质量的5～20%；(5)将步骤(4)所得悬浊液在100℃～250℃反应10～24小时；(6)将步骤(5)所得产物离心，收集固体，用无水乙醇和去离子水洗涤，20℃～80℃干燥8～12小时，得到ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂。进一步地，步骤(1)中锌源化合物选自硝酸锌、氯化锌、醋酸锌、碳酸锌、硫酸锌、氢氧化锌和草酸锌中的一种或两种以上任意比例混合，锌源化合物在水中的浓度为0.001mol/L～5mol/L。较好地，锌源化合物为硝酸锌、氯化锌、醋酸锌、碳酸锌、硫酸锌中的一种或两种以上任意比例混合，优选氯化锌，且氯化锌在水中的浓度为0.01mol/L～0.02mol/L。进一步地，步骤(1)和步骤(4)中铟源化合物选自氯化铟、硝酸铟、醋酸铟、硫酸铟和氧化铟中的一种或两种以上任意比例混合，铟源化合物在水或乙二醇中的浓度为0.001mol/L～5mol/L。较好地，铟源化合物选自氯化铟、硝酸铟、醋酸铟和硫酸铟中的一种或两种以上任意比例混合，优选氯化铟，且步骤(1)中氯化铟在水中的浓度为1mmol/L～5mmol/L，步骤(4)中氯化铟在乙二醇中的浓度为0.01mmol/L～0.05mmol/L。进一步地，步骤(1)中硫源化合物选自硫磺粉、硫脲、硫代乙酰胺和硫化铵中的一种或两种以上任意比例混合，硫源化合物在水中的浓度为0.001mol/L～5mol/L。较好地，步骤(1)中的硫源化合物为硫代乙酰胺，在水中浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。进一步地，步骤(4)中铜源化合物选自氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、硫酸铜、碳酸铜、氢氧化铜、氢氧化亚铜和草酸铜中的一种或两种以上任意比例混合，铜源化合物在乙二醇中的浓度为0.001mol/L～5mol/L。较好地，铜源化合物为氯化亚铜，在乙二醇中的浓度为0.001～0.003mol/L进一步地，步骤(4)中硫源化合物选自硫磺粉、硫脲、硫代乙酰胺和硫化铵中的一种或两种以上任意比例混合；硫源化合物在乙二醇中的浓度为0.01mol/L～5mol/L。较好地，步骤(4)中硫源化合物为硫脲，硫脲在乙二醇中的浓度为0.01mol/L～0.05mol/L。较好地，所述步骤(2)和步骤(5)中的反应是指在200℃～250℃反应12～24小时。上述制备方法制得的ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂。上述ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂在光催化产氢中的应用。有益效果：本专利技术所制备的ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂能够使内建电场在二维纳米片结构中的占比显著增加，高效分离光生载流子。带隙较小半导体光催化剂CuInS2在整个可见光区具有较强吸收，使ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的可见光吸收覆盖整个可见光区。相比于纯ZnIn2S4和CuInS2，ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的太阳能产氢性能得到大幅度提高。附图说明图1是本专利技术实施例一至五制备的样品X射线衍射(XRD)图；图2是本专利技术制备的ZnIn2S4、CuInS2以及ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂形貌图。(a)是实施例一制备的ZnIn2S4形貌SEM图，(b)是实施例五制备的CuInS2形貌TEM图，(c)是实施例二制备的ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂形貌TEM图；图3是本专利技术实施例一至五制备的样品紫外-可见光光吸收谱图；图4是是本专利技术实施例一、实施例二和实施例五制备的样品稳态荧光光谱图；图5是本专利技术实施例一至五制备的样品可见光光催化产氢速率图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术较佳的实施例，但并不限于本文所描述的实施例。实施例一ZnIn2S4光催化剂的制备：分别将0.136g（1mmol）ZnCl2、0.586g（2mmol）InCl3·4H2O、0.46g（6mmol）TAA（硫代乙酰胺）溶解到60mL去离子水中得到悬浊液。将上述所得悬浊液转入100mL衬底为聚四氟乙烯的反应釜中，置于烘箱中在220℃反应24小时。反应结束后自然冷却至室温，离心得固体样品，用无水乙醇和去离子水多次洗涤固体样品后在干燥箱中60℃干燥12小时即得纯ZnIn2S4光催化剂粉末。实施例二ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的制备：分别将6.13mg（0.06mmol）CuCl，18.15mg（0.06mmol）InCl3·4H2O，18.85mg（0.25mmol）硫脲溶解到60mL乙二醇中，之后加入0.30g实施例一制得的ZnIn2S4，搅拌，得到悬浊液。将上述所得悬浊液转入100mL衬底为聚四氟乙烯的反应釜中，置于烘箱中在220℃反应12小时。反应结束后自然冷却至室温，离心得固体样品，用无水乙醇和去离子水多次洗涤固体样品后在干燥箱中60℃干燥12小时即得CuInS2质量比为5%的ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂粉末。实施例三ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的制备：分别将12.25mgCuCl（0.12mmol），36.30mg（0.12mmol）InCl3·4H2O，37.69mg（0.5mmol）硫脲溶解到60mL乙二醇中，之后加入0.30g实施例一制得的ZnIn2S4，搅拌本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1) 将锌源化合物、铟源化合物和硫源化合物按锌︰铟︰硫摩尔比为（1～2）:（2～4）:（4～12）的比例溶解在水中制备成悬浊液；(2) 将步骤(1)所得悬浊液在100℃～250℃反应10～24小时；(3) 将步骤(2)所得产物离心，收集固体，洗涤，干燥，得到ZnIn2S4光催化剂；(4) 按铜︰铟︰硫摩尔比为（1～2）:（1～2）:（4～12）的比例将铜源化合物、铟源化合物、硫源化合物加入乙二醇中，再加入步骤(3)制得的ZnIn2S4光催化剂，CuInS2占ZnIn2S4质量的5~20%；(5) 将步骤(4)所得悬浊液在100℃～250℃反应10～24小时；(6) 将步骤(5)所得产物离心，收集固体，洗涤，干燥，得到ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将锌源化合物、铟源化合物和硫源化合物按锌︰铟︰硫摩尔比为（1～2）:（2～4）:（4～12）的比例溶解在水中制备成悬浊液；(2)将步骤(1)所得悬浊液在100℃～250℃反应10～24小时；(3)将步骤(2)所得产物离心，收集固体，洗涤，干燥，得到ZnIn2S4光催化剂；(4)按铜︰铟︰硫摩尔比为（1～2）:（1～2）:（4～12）的比例将铜源化合物、铟源化合物、硫源化合物加入乙二醇中，再加入步骤(3)制得的ZnIn2S4光催化剂，CuInS2占ZnIn2S4质量的5~20%；(5)将步骤(4)所得悬浊液在100℃～250℃反应10～24小时；(6)将步骤(5)所得产物离心，收集固体，洗涤，干燥，得到ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂。2.根据权利要求1所述ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中锌源化合物选自硝酸锌、氯化锌、醋酸锌、碳酸锌、硫酸锌、氢氧化锌和草酸锌中的一种或两种以上任意比例混合，锌源化合物在水中的浓度为0.001mol/L～5mol/L。3.根据权利要求1所述ZnIn2S4/CuInS2二维异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(4)中铟源化合物选自氯化铟、硝酸铟、醋酸铟、硫酸铟和氧化铟中的一种或两种以上任意比例混合，铟源化合物在水或乙二醇中的浓度为0.001mol/L～5mol/L...
【专利技术属性】
技术研发人员：关中杰，李秋叶，杨建军，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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