一种0D/2D复合光催化材料及制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及光催化制氢技术领域，特指一种0D/2D复合光催化材料及制备方法和用途。称取一定量的钼酸铵和硫代乙酰胺溶解于去离子水中，获得的混合溶液倒入到含有一定量新制备的Cu‑In‑Zn‑S量子点溶液中，超声混合均匀。将上述溶液倒入高压反应釜中，置于180℃烘箱，反应16h，然后冷却至室温。最后获得的复合物使用去离子水/乙醇沉淀/离心循环洗三次，洗好的样品置于60℃烘箱中烘干，获得Cu‑In‑Zn‑S/MoS2纳米晶。通过可见光照射光分解水制氢的实验证明所制备的复合光催化剂具有较好的光催化活性。

A 0D/2D Composite Photocatalytic Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种0D/2D复合光催化材料及制备方法和用途
本专利技术涉及光催化制氢
，特指一种0D/2D复合光催化材料及制备方法和用途，利用调控MoS2的加入量制备Cu-In-Zn-S/MoS2量子点，并测量其量子点的光催化制氢性能。
技术介绍
能源危机和环境问题迫在眉睫，运用光催化分解水产氢技术能合理地将可再生的太阳光转化为高能量密度的能源-氢气，实现能源清洁和环境友好。为了推动光催化分解水产氢技术规模应用，面临的主要挑战是要发展高效稳定的可见光催化剂。近年来。多元硫化物量子点凭借其可见光响应范围广、带隙连续可调、比表面积高、活性位点多等独特优势在光催化领域备受青睐。通过组分或尺寸等调控手段可以调节CuInS2量子点的能带结构，使其能响应几乎整个太阳光谱，可以最大限度利用地太阳能。Li等人(ChineseJournalofCatalysis1(2009)73-77)运用溶剂热法成功引入锌元素制备出性能优异的Cu-In-Zn-S四元量子点光催化剂，然而该材料在光催化分解水体系中表现出的产氢活性仍有待提高，同时需要改善材料的光催化产氢稳定性。光催化体系中贵金属助催化剂引入是一种简单且高效的改善材料光催化性能的手段，然而贵金属的成本较高且含量稀少，不利于规模应用。近年来，关于层状过渡金属二硫化物的研究已经取得了极大的进展。在众多层状过渡金属二硫化物中，廉价MoS2是由Mo-S强共价键相互作用形成S-Mo-S层的材料，层状MoS2片边缘为吸光的活性位点，可以促进电子空穴对的分离且改善催化剂的氧化还原反应。研究表明，CuInS2纳米花球/MoS2复合光催化剂中CuInS2产生的光生电子能够顺利迁移到MoS2上，促使电子空穴快速分离(ChinesePhysicsB7(2016)382-391)。已有研究指出2DMoS2纳米片修饰能够改善Ⅰ-Ⅲ-ⅥAg-In-Zn-S纳米材料的光催化产氢活性。但是，缺少关于0DCu-In-Zn-S量子点和2DMoS2之间界面作用影响Cu-In-Zn-S量子点/MoS2光催化剂的产氢活性的研究。
技术实现思路
本专利技术目的在于利用2DMoS2修饰制备Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂，该方法以醋酸铜、醋酸锌、硝酸铟、L-半胱氨酸、硫代乙酰胺、四水合钼酸铵为原料，利用水热法来合成具有良好可见光催化活性和稳定性的复合光催化剂。本专利技术通过以下步骤实现：合成Cu-In-Zn-S量子点：称取醋酸铜、醋酸锌、硝酸铟、L-半胱氨酸，混合于去离子水中，用氢氧化钠调节溶液pH值为8.5，接着加入硫代乙酰胺超声搅拌10min，放入110℃烘箱，保持4h，获得的量子点用去离子水/乙醇沉淀/离心循环洗三次，保存于去离子水中。合成Cu-In-Zn-S/MoS2：称取四水合钼酸铵和硫代乙酰胺溶解于去离子水中，获得的混合溶液倒入到含有Cu-In-Zn-S量子点的溶液中，超声混合均匀；将上述溶液倒入高压反应釜中，置于180℃烘箱反应16h，反应然后冷却至室温，最后获得的复合物洗涤除去未反应物质，洗好的样品置于烘箱烘干，得到Cu-In-Zn-S/MoS2复合光催化剂。所述的四水合钼酸铵和硫代乙酰胺的质量比为1:2。所述的四水合钼酸铵与Cu-In-Zn-S量子点的质量比为0.04:1、0.08:1、0.12:1、0.16:1、0.20:1或0.30:1。所述洗涤指使用去离子水/乙醇沉淀/离心循环洗三次。所述烘干指置于60℃烘箱中烘干12h。本专利技术所利用MoS2修饰Cu-In-Zn-S量子点制备的Cu-In-Zn-S/MoS2光催化剂，晶化完全，分散性良好。利用X射线衍射仪(XRD)、X光电子能谱仪等仪器对产物进行结构分析，进行光催化制氢，通过紫外-可见分光光度计测量吸光度，显示出优异的光催化活性；本专利技术工艺非常简单，价廉易得，成本低廉，便于批量生产，无毒无害，符合环境友好要求。总的来说，我们采用添加助催化剂量利用原位生长技术研究了2DMoS2对CAIS量子点光催化性能的影响。我们发现随着引入MoS2量的增加，量子点吸收带边持续红移，光催化产氢速率呈现先增加后减小的趋势，这个现象的原因可能是MoS2修饰后极大地提升量子点对光的有效吸收，引入助催化剂MoS2后量子点的光催化产氢活性得到改善，光催化产氢活性随着MoS2负载量增加而提升，但MoS2过多会产生遮光效应，影响光吸收，导致产氢活性降低。在加入牺牲剂的条件下，当引入MoS2的量为12％时产氢活性到达最优，与纯Cu-In-Zn-S量子点相比提高了7.8倍。并且经过三次循环，其产氢量并没有变化，说明其具催化剂有很好的稳定性。从中我们可以得知，这种2DMoS2材料和0D量子点材料的构筑和界面相互作用，即MoS2抑制了光生载流子复合致使材料获得极高的光催化产氢活性。我们研究了关于0DCu-In-Zn-S量子点和2DMoS2之间界面作用影响Cu-In-Zn-S/MoS2光催化剂的产氢活性的研究。我们所研究的Cu-In-Zn-S/MoS2与Ag-In-Zn-S/MoS2是两种形貌和性能截然不同的材料，制备的为尺寸在3-4nm的近单分散高质量的均匀量子点粒子，具有比Ag-In-Zn-S/MoS2具有更宽的可见光吸收范围，更高的比表面积，特别是其在光催化领域具有更大的应用价值。采用水热法形成MoS2并与量子点复合一步完成，与先前报道的先制备MoS2纳米花再制备MoS2纳米层过程简单，且四水合钼酸铵比报道中的使用的硫脲成本较低。本申请中的负载量4％-30％仍具有较高的催化活性，远高于Ag-In-Zn-S/MoS20.3％-3％，这是源于原理上与Ag-In-Zn-S/MoS2有显著不同。本申请的创新点不仅是简单的提高复合光催化剂的催化性能，而是通过一系列实验摸索从原理上实现了创新。附图说明图1不同MoS2修饰Cu-In-Zn-S量子点所制备的Cu-In-Zn-S/MoS2光催化剂的XRD衍射谱图。图2为MoS2和Cu-In-Zn-S量子点不同比例的吸收图(a)和荧光图(b)。图3为不同比例MoS2修饰的Cu-In-Zn-SFTIR图。图4为Cu-In-Zn-S/MoS2EDS图，插图是其对应比例元素含量图。图5为不同比例MoS2修饰的Cu-In-Zn-SEIS图。图6为不同量MoS2修饰Cu-In-Zn-S量子点的(a)光催化产氢曲线(b)产氢速率。具体实施方式实施例12DMoS2修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备Cu-In-Zn-S量子点制备方法为：分别称取醋酸铜(0.0508g)、醋酸锌(0.278g)和硝酸铟(0.9734g)溶解于8.25mL去离子水中，通过超声获得无色水溶液。加入3mL的L-半胱氨酸(0.9074g)溶液作为保护剂后，1molL-1氢氧化钠调节混合液pH值为8.5，然后将9.75mL含0.366g的硫代乙酰胺加入到上述混合液中。混合溶液经过超声混合，转入到不锈钢高压釜(聚四氟乙烯内衬)中，放入110℃烘箱，保持4h，获得的量子点用去离子水/乙醇沉淀/离心循环洗三次，保存于去离子水中。Cu-In-Zn-S/MoS2光催化剂的制备方法为：称取一定量的钼酸铵和硫代乙酰胺溶解于30mL去离子水中，获得的混合溶液倒入到含有300mg新制备的Cu-In-Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种0D/2D复合光催化材料的制备方法，所述0D/2D复合光催化材料为Cu‑In‑Zn‑S/MoS2复合光催化材料，其特征在于，具体步骤如下：称取四水合钼酸铵和硫代乙酰胺溶解于去离子水中，获得的混合溶液倒入到含有Cu‑In‑Zn‑S量子点的溶液中，超声混合均匀；将上述溶液倒入高压反应釜中，置于180℃烘箱反应16h，反应然后冷却至室温，最后获得的复合物洗涤除去未反应物质，洗好的样品置于烘箱烘干，得到Cu‑In‑Zn‑S/MoS2复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种0D/2D复合光催化材料的制备方法，所述0D/2D复合光催化材料为Cu-In-Zn-S/MoS2复合光催化材料，其特征在于，具体步骤如下：称取四水合钼酸铵和硫代乙酰胺溶解于去离子水中，获得的混合溶液倒入到含有Cu-In-Zn-S量子点的溶液中，超声混合均匀；将上述溶液倒入高压反应釜中，置于180℃烘箱反应16h，反应然后冷却至室温，最后获得的复合物洗涤除去未反应物质，洗好的样品置于烘箱烘干，得到Cu-In-Zn-S/MoS2复合光催化剂。2.如权利要求1所述的一种0D/2D复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述的四水合钼酸铵和硫代乙酰胺的质量比为1:2。3.如权利要求1所述的一种0D/2D复合光催化材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹伟静，毛宝东，谭丽丽，李丰华，张栋琪，董维璇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32