一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体光催化技术领域，具体涉及一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法。本发明专利技术提供了一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法，其特征在于：助催化剂WS2纳米片通过水热反应与ZnIn2S4颗粒紧密结合在一起，形成了WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂。相对于单纯的ZnIn2S4光催化剂而言，制备的WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂由于形成了半导体异质结构，能够有效地促进光生电荷的分离并降低光生电子‑空穴对的复合，从而能够大大地提高光催化产氢性能。本发明专利技术提供的WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法，为设计开发新型高效的可见光催化剂提供了新思路和新途径。

WS2/ZnIn2S4 composite visible light catalyst and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of semiconductor photocatalysis, in particular to a WS2/ZnIn2S4 composite visible light photocatalyst and a preparation method thereof. The invention provides a WS2/ZnIn2S4 composite visible photocatalyst and a preparation method thereof, which is characterized in that the WS2/ZnIn2S4 composite visible photocatalyst is formed by the hydrothermal reaction of the WS2 nanosheet with the ZnIn2S4 particles. Compared with the pure ZnIn2S4 photocatalyst, the WS2/ZnIn2S4 composite visible-light photocatalyst can effectively promote the separation of photogenerated charge and reduce the recombination of photogenerated electron_hole pairs due to the formation of semiconductor heterostructure, thus greatly improving the photocatalytic hydrogen production performance. The WS2/ZnIn2S4 composite visible photocatalyst provided by the invention and the preparation method thereof provide a new idea and a new way for the design and development of a novel and highly efficient visible photocatalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法
本专利技术属于半导体光催化
，具体涉及一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法。
技术介绍
当今社会，不断枯竭的化石能源和日益恶化的环境污染问题迫使人类亟待去寻找并开发新型清洁能源。氢能由于具有高能量、清洁无污染等特点而成为替代传统化石燃料的清洁能源。近些年来，光催化分解水制氢技术因其能够利用可再生能源一太阳能和水来获取氢气，开始受到各国的广泛关注。对光催化分解水制氢技术而言，获得高效产氢效率的关键在于光催化剂，但是目前最常用的光催化剂TiO2只能吸收占太阳光总量3％-5％的紫外光，其太阳能利用率低，难以工业化应用。由于可见光约占太阳光总量的45％，因此，开发可见光响应的、高效光催化剂已成为近期光催化研究领域的研究热点。三元金属硫化物ZnIn2S4因具有独特的六方层状结构、合适的禁带宽度(禁带宽度约为2.43eV)、在可见光区有较强吸收等一系列优点，近年来引起了光催化领域研究者的极大兴趣。研究表明，ZnIn2S4在光催化水解制氢和有机污染物的光催化降解方面呈现出了较高的催化活性，而且与二元金属硫化物相比，具有更好的光化学稳定性。然而，单一的ZnIn2S4的光生电荷容易复合，量子效率比较低。因此，需要对ZnIn2S4进行改性来提高其光催化性能。近年来，以MoS2、WS2等层状二硫化物为代表的非铂助催化剂因其廉价和较高的性能在光催化领域引起了广泛的关注。研究发现，在TiO2、CdS等半导体光催化剂表面负载MoS2或WS2助催化剂后，可以在很大程度上提高其光催化分解水制氢效率，表明MoS2或WS2等层状二硫化物是一种有望替代贵金属的新颖助催化剂材料。因此，本专利技术提出了一种改善ZnIn2S4光催化活性的方法，就是将WS2纳米片作为助催化剂与ZnIn2S4纳米颗粒相结合来制备获得WS2/ZnIn2S4复合光催化剂，从而在较大程度上提高ZnIn2S4的光催化分解水产氢活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是将WS2纳米片作为助催化剂与ZnIn2S4光催化剂进行结合，制备获得一种高效的WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂。本专利技术通过水热法实现了将WS2纳米片助催化剂与ZnIn2S4光催化剂二者的有效结合，在较大程度上解决了ZnIn2S4光催化剂光生电子-空穴对复合率较高的问题，同时也适当提高了ZnIn2S4光催化剂的光谱吸收性能，从而提高了ZnIn2S4光催化剂的光催化产氢效率。本专利技术提供了一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法，其特征在于是通过以下技术方案实现的：(1)首先通过水热法制备获得WS2二维纳米片，具体过程为：将摩尔比为1∶10的WCl6(氯化钨)和CH3CSNH2(硫代乙酰胺)一起溶解在去离子水中形成前驱体溶液，然后转至水热反应釜，在265℃条件下水热反应24小时；反应结束后冷却至室温，沉淀产物收集后经过水洗和冷冻干燥处理24小时后即可制备获得WS2纳米片；(2)在获得上述WS2二维纳米片的前提下，进一步通过水热反应制备获取WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂，该反应过程具体为：将一定量的上述合成的WS2按照不同摩尔百分比(1％～10％)分散到去离子水中，强力超声分散1小时，形成WS2悬浮液；然后，将ZnCl2、In(NO3)3和CH3CSNH2按化学计量摩尔比为1∶2∶4依次溶解到上述配置的WS2悬浮液中，超声处理30分钟，制备获得前驱体溶液；之后，将前驱体溶液转移至水热反应釜中，在160度下反应6～12小时；反应结束后，冷却至室温，抽滤收集反应产物，用无水乙醇和去离子水清洗数次，真空烘箱干燥过夜后即可制备获得不同WS2摩尔百分比(1％～10％)的WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂。本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术采用两步水热法制备获得WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂，具有制备方法相对简单、成本低廉等优点。相比于其他合成方法，分步水热合成过程能够最大程度上保证WS2纳米片的微观形貌结构不被破坏，实现ZnIn2S4与WS2纳米片二者之间的良好结合，可以获得更好的光催化性能。相对于单纯的ZnIn2S4光催化剂而言，制备而成的WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂由于形成了半导体异质结构，能够有效地促进光生电荷的分离并降低光生电子-空穴对的复合，从而能够大大地提高光催化产氢性能。本专利技术制备的WS2/ZnIn2S4复合光催化剂中，WS2在复合光催化剂中的摩尔百分比含量控制在1％～10％，当WS2含量为3％时，WS2/ZnIn2S4复合光催化剂表现出最好的光催化产氢活性。附图说明图1是对比例所制备的单纯ZnIn2S4光催化剂以及实施例1～3所制备的不同WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂的XRD谱图；图2是对比例所制备的(A)ZnIn2S4光催化剂和实施例2所制备的(B)3％WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂的扫描电镜(SEM)图；图3是对比例所制备的(A)ZnIn2S4光催化剂和实施例2所制备的(B)3％WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂的透射电镜(TEM)图；图4是对比例所制备的单纯ZnIn2S4光催化剂以及实施例1～3所制备的不同WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂在可见光(λ≥420nm)照射下的光催化产氢效率图；图5是实施例2所制备的3％WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂在可见光(λ≥420nm)照射下的光催化产氢稳定性能循环测试图；具体实施方式下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1：(1)首先通过水热法制备获得WS2二维纳米片，具体过程为：分别称量11.897克WCl6和22.767克硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶于400毫升去离子水中并搅拌1小时后形成前驱体溶液，然后转至500毫升水热反应釜，在265度条件下水热反应24小时；反应结束后冷却至室温，沉淀产物收集后经过水洗和冷冻干燥处理24小时后即可制备获得WS2纳米片；(2)将上述合成的5mg的WS2纳米片分散到50毫升去离子水中，强力超声分散1小时，形成WS2悬浮液；然后，将2mmol的ZnCl2，4mmol的In(NO3)3·H2O和8mmol的CH3CSNH2按化学计量摩尔比为1∶2∶4依次溶解到上述配置的WS2悬浮液中，超声处理30分钟，制备获得前驱体溶液；之后，将前驱体溶液转移至水热反应釜中，在160度下反应8小时；反应结束后，冷却至室温，抽滤收集反应产物，用无水乙醇和去离子水清洗数次，真空烘箱干燥过夜后，最终制备获得含有1％摩尔百分比的WS2/ZnIn2S4的复合可见光催化剂，标记为1％WS2/ZnIn2S4。实施例2：(1)WS2二维纳米片的制备过程同实施例一；(2)将上述合成的15mg的WS2纳米片分散到50毫升去离子水中，强力超声分散1小时，形成WS2悬浮液；然后，将2mmol的ZnCl2，4mmol的In(NO3)3·H2O和8mmol的CH3CSNH2按化学计量摩尔比为1∶2∶4依次溶解到上述配置的WS2悬浮液中，超声处理30分钟，制备获得前驱体溶液；之后，将前驱体溶液转移至水热反应釜中，在160度下反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂，其特征在于：助催化剂WS2纳米片通过水热反应与ZnIn2S4颗粒紧密结合在一起，形成了WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂，其特征在于：助催化剂WS2纳米片通过水热反应与ZnIn2S4颗粒紧密结合在一起，形成了WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂。2.一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将摩尔比为1∶10的WCl6(氯化钨)和CH3CSNH2(硫代乙酰胺)一起溶解在去离子水中形成前驱体溶液，转移至水热反应釜在一定温度下进行水热反应24h，经过滤、离心、冷冻干燥后获得WS2纳米片样品；(2)将上述步骤1获得的一定量WS2样品强力超声分散在去离子水中，按照一定的摩尔比例依次加入ZnCl2、In(NO3)3·H2O和CH3CSNH2，经搅拌溶解并超声处理30分钟后配制成悬浊液；(3)将步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦来顺，周佳波，陈达，黄岳祥，孙杏国，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33