一种高活性ZnIn2S4/TiO2 Z体系催化剂材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂制备新方法。第一步，以商业P25和氢氧化钠溶液为原料，180℃水热处理48小时后，与H

A high active ZnIn2S4/TiO2 Z catalyst material and its preparation method

The present invention relates to a new method for the preparation of composite photocatalyst in ZnIn2S4/TiO2Z system. In the first step, the commercial P25 and sodium hydroxide solution are used as raw materials, and after 48 hours of water heat treatment at 180 degrees C, and H

【技术实现步骤摘要】
一种高活性ZnIn2S4/TiO2Z体系催化剂材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高活性ZnIn2S4/TiO2Z体系催化剂材料及其制备方法，属于光催化材料研究

技术介绍
环境污染和能源短缺一直是人类所面临的重大挑战。随着人类的社会活动增加，化石能源的大量消耗造成大气中以CO2为主的温室气体排放量增加，导致全球气候变暖。植物光合作用是绿色植物在光照作用下将二氧化碳和水转化为碳水化合物的过程，人工光合作用(即模拟自然界中的光合作用)是在光辐照下，利用光催化剂将太阳能转化为氢能(或碳氢燃料)，也可同时解决环境问题。因此，光催化剂有望成为新能源利用和环境净化的关键，给未来能源利用和环境污染处理提供一个可行的突破口。它代表了当前最前沿的新能源利用和环境净化的发展趋势，展现了新能源开发和利用的广阔前景。二维半导体材料ZnIn2S4具有特殊片层结构及可见光吸收特性(禁带宽度Eg＝1.5eV)，因此受到人们的普遍关注，其被广泛应用于有机反应、降解有机染料、光解水制氢等各类催化反应中。ZnIn2S4作为一种可见光催化剂，虽然具有良好的应用前景，但比表面积小，光生电子易复合，所以其可见光光催化活性大大降低，其实际应用受到限制。将ZnIn2S4与一维TiO2半导体复合形成异质结结构可有效地解决这一问题，但传统的抑异质结结构往往使半导体材料的氧化能力和还原能力都相应减弱，大大影响了材料的光催化活性。Z体系异质结结构光催化剂是类比植物光合作用而被定义的。它包括两个半导体催化剂和电子传导中间体(如金、银纳米颗粒以及石墨烯等)。当入射光的能量大于半导体的带隙Eg时，半导体价带上的电子(eeb-)可以吸收光子被激发从价带跃迁到导带，进入能量较高的导带，而在价带上留下空穴(hvb+)，即半导体中产生光生电子和空穴对，并从半导体内部迁移至表面。在光生电子-空穴在向表面迁移的过程中，在半导体的内部和表面容易发生复合。半导体I产生的电子通过传输通道-氧化还原中间体与半导体II空穴复合，半导体II吸收光能产生电子，形成具有强还原性能用以还原CO2，该反应中电子传递呈Z字形,因此称为Z型(Z-scheme)反应(图1)。相比之下，Z体系异质结结构具有更大优势，可以使半导体材料的电子(e-)和空穴(h+)保持较强的还原能力和氧化能力，而且能使半导体材料产生的光生电子-空穴对更有效地分离，从而极大地增加了复合光催化剂的光催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂制备新方法。采用该方法，通过简单的水热-溶剂热途径即可合成具有高可见光活性的光催化剂。本专利技术所提供的一种ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂制备的制备方法，包括如下步骤：(1)采用水热法，称取0.6gP25(一种纳米TiO2属于混晶型，锐钛矿和金红石的重量比大约为80/20)分散到120mL(10mol/L)的氢氧化钠溶液中，超声分散30分钟后，然后在室温条件下搅拌30分钟，将混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，180℃水热处理48小时；对产物进行离心、洗涤、分离后，烘箱干燥10小时，得到Na2Ti3O7粉体。(2)将步骤(1)所得到的Na2Ti3O7粉体分散在200mL稀盐酸(0.1mol/L)中，浸渍48小时，通过离子交换将Na+置换为H+得到H2Ti3O7纳米带；(3)将步骤(2)所得到的H2Ti3O7纳米带分散在80mL硫酸溶液中(0.02mol/L)100℃水热处理12小时，对产物进行离心、洗涤、分离后，烘箱干燥10小时，得到表面粗糙的H2Ti3O7纳米带，然后将该产物在空气中600℃高温煅烧2小时得到表面粗糙的TiO2纳米带；(4)按锌(Zn)、铟(In)、硫(S)摩尔比为1:2:4，称取氯化锌(ZnCl2)、氯化铟(InCl3)和硫代乙酰胺(TAA)溶解到乙二醇中，然后将步骤(3)所得到的TiO2纳米带分散在上述溶液中，持续搅拌30分钟；(5)将步骤(4)所形成的悬浮液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，120℃溶剂热2小时；(6)将步骤(5)中所得沉淀离心、洗涤、分离后，烘箱干燥10小时，得到ZnIn2S4/TiO2复合光催化剂；在复合材料中，ZnIn2S4/TiO2摩尔比例范围为：0.25～1。本专利技术提供的ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂在模拟太阳光条件下具有卓越的催化还原CO2性能；本专利技术提供的制备方法，其原料价廉，工艺简单，因此有效降低了产品成本，二者的复合拓展了光吸收范围，提高了太阳光的利用率，具有很高的实用价值和应用前景附图说明图1是所制得的ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂催化还原机理图。图2是所制得的ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂的XRD衍射图。图3是所制得的ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂的紫外可见漫反射图。图4是所制得的ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂的透射电镜(TEM)图。图5是所制得的ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂和纯ZnIn2S4、纯TiO2在模拟太阳光下，催化还原CO2的效率图。具体实施方式实施例1：称取0.043g氯化锌(ZnCl2)，0.018g氯化铟(InCl3)以及0.1g硫代乙酰胺(TAA)超声溶解到80mL乙二醇中，在室温下持续搅拌0.5小时；随后称取0.1g的TiO2纳米带粉末，加入到上述溶液中，超声分散0.5小时，再搅拌1小时；再将所形成的溶液转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，120℃溶剂热2小时；对产物进行离心、洗涤、分离后，烘箱干燥8小时，得到相应的ZnIn2S4负载TiO2纳米带复合光催化剂，标记为ZIS-0.25/TO(ZnIn2S4/TiO2molratio0.25:1)。实施例2：称取0.057g氯化锌(ZnCl2)，0.024g氯化铟(InCl3)以及0.14g硫代乙酰胺(TAA)超声溶解到80mL乙二醇中，在室温下持续搅拌0.5小时；随后称取0.1g的TiO2纳米带粉末，加入到上述溶液中，超声分散0.5小时，再搅拌1小时；再将所形成的溶液转移到25ml的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，120℃溶剂热2小时；对产物进行离心、洗涤、分离后，烘箱干燥8小时，得到相应的ZnIn2S4负载TiO2纳米带复合光催化剂，标记为ZIS-0.33/TO(ZnIn2S4/TiO2molratio0.33:1)。实施例3：称取0.086g氯化锌(ZnCl2)，0.036g氯化铟(InCl3)以及0.2g硫代乙酰胺(TAA)超声溶解到80mL乙二醇中，在室温下持续搅拌0.5小时；随后称取0.1g的TiO2纳米带粉末，加入到上述溶液中，超声分散0.5小时，再搅拌1小时；再将所形成的溶液转移到25ml的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，120℃溶剂热2小时；对产物进行离心、洗涤、分离后，烘箱干燥8小时，得到相应的ZnIn2S4负载TiO2纳米带复合光催化剂，标记为ZIS-0.50/TO(ZnIn2S4/TiO2molratio0.50:1)。实施例4：称取0.172g氯化锌(ZnCl2)，0.072g氯化铟(InCl3)以及0.4g硫代乙酰胺(TAA)超声溶解到80mL乙二醇中，在室温下持续搅拌0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂制备新方法，其特征在于：该体系催化剂材料在CO2还原方面具有较高的催化活性。

【技术特征摘要】
1.一种ZnIn2S4/TiO2Z体系复合光催化剂制备新方法，其特征在于：该体系催化剂材料在CO2还原方面具有较高的催化活性。2.如权利要求1所述的方法，其具体步骤如下：(1)采用水热法，称取0.6gP25(一种纳米TiO2属于混晶型，锐钛矿和金红石的重量比大约为80/20)分散到120mL(10mol/L)的氢氧化钠溶液中，超声分散30分钟后，然后在室温条件下搅拌30分钟，将混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，180℃水热处理48小时；对产物进行离心、洗涤、分离后，烘箱干燥10小时，得到Na2Ti3O7粉体。(2)将步骤(1)所得到的Na2Ti3O7粉体分散在200mL稀盐酸(0.1mol/L)中，浸渍48小时，通过离子交换将Na+置换为H+得到H2Ti3O7纳米带；(3)将步骤(2)所得到的H2Ti3O7纳米带分散在80mL硫酸溶液中(0.02mol/L)100℃水热处理12小时，对产物进行离心、洗涤、分离后，烘箱干燥10小时，得到表面粗糙的H2Ti3O7纳米带，然后将该...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，陈代梅，丁浩，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11