本发明专利技术涉及一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料及其制备方法和应用，属于无机光催化材料技术领域。本发明专利技术在花球状的ZnIn2S4材料上负载Co9S8颗粒从而形成异质结复合材料，具体为纳米片组成的花球并分布纳米颗粒，花球直径为200
【技术实现步骤摘要】
一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料及其制备方法和应用，属于无机光催化材料
技术介绍
[0002]随着工业经济的快速发展，能源危机与环境问题日益加重，寻找新的能源成为各国关注的焦点。氢气因其无污染、可再生、能量高等优点成为世界科研人员研究的对象。目前位置制取氢气的方法有电解水制氢、水煤气法制氢、生物制氢和烃类制氢。
[0003]光解水制氢是一种新型的高效的制氢方法，其原理是利用光照，在半导体材料导带上产生的光生电子迁移到材料表面与水发生还原反应产生氢气。1972年，该技术始由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而开启的光解水析氢的热潮。研究最广的光解水半导体材料有过度金属硫化物(CdS、ZnS等)、金属氧化物(ZnO、SrTiO3、TiO2等)和聚合物(g
‑
C3N4)等光催化材料。
[0004]其中ZnIn2S4作为可见光吸收的三元金属硫化物光催化材料，ZnIn2S4由于其良好的光吸收能力，相对较窄的带隙(约2.5eV)和合适的导带位置成为光催化研究的热点材料。但ZnIn2S4也存在着一些固有缺陷，如：光生电子
‑
空穴对易复合，可见光利用率低，量子效率偏低等，这些不足之处阻碍了光催化分解水制氢的效率。针对ZnIn2S4的缺陷，常见的改善方法有掺杂(参见：The Journal of Physical Chemistry C,2008,112,16148
–
16155)，构建异质结(参见：Applied Catalysis B:Environmental,2018，220,542
‑
552)，贵金属沉积(参见：Applied Surface Science,2021,536,147934)，负载助催化剂(参见：Applied Catalysis B:Environmental,2014，144,521
‑
527)，形貌调控(参见：Journal of the American Chemical Society,2018,140,15145
‑
15148)等方法提高ZnIn2S4的光催化析氢性能。但由于金属硫化物形貌尺寸不好控制，元素掺杂难以控制，异质材料的晶格匹配度低，难以紧密结合形成异质结，贵金属原料过于昂贵等劣势限制了工业化的应用。因此，负载助催化剂成为提高半导体材料光催化性能的广泛方法
[0005]过渡金属硫化物不仅原料广泛、价格低廉，而且带变窄、光吸收范围宽、电荷转移效率高，为光催化提供更多的活性位点，其中最近硫化钴产氢的研究比较多。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对上述问题，提供了一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料及其制备方法和应用。
[0007]专利技术简述：
[0008]本专利技术采用负载助催化剂改性，制备出光生电子
‑
空穴对复合率低和更宽光吸收范围的Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料。本专利技术在花球状的ZnIn2S4材料上负载Co9S8颗粒从而形成异质结复合材料，有效地提高了可见光利用率和光生电子
‑
空穴的分离效率，从而提高
光解水析氢效率。
[0009]本专利技术达到以下目的：
[0010]1、采用负载助催化剂与半导体形成异质结进而改性，异质界面区域有效的限制光生电子
‑
空穴对的复合；构成的异质结构有效的促进光生电子
‑
空穴对的分离，提高光解水的效率。
[0011]2、具有更宽的可见光吸收范围和更强的光催化性能，制备方法简单。
[0012]术语说明：
[0013]室温：具有本领域技术人员公知的含义，一般是指25
±
2℃。
[0014]异质结：两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。
[0015]空穴牺牲剂：通过自身与光生空穴反应来减少空穴与光生电子的复合的化学试剂，且本身不与其他药剂起作用。
[0016]本专利技术还提供一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料的制备方法，包括步骤如下：
[0017](1)将氯化锌和氯化铟溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中(DMF)，然后加入硫代乙酰胺水溶液，DMF与去离子水的体积比为1:1，搅拌30min，转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃
‑
200℃下反应10h，降到室温用去离子水和无水乙醇洗涤，60℃干燥10h，收集，得到ZnIn2S4花球；
[0018](2)将步骤(1)制得的ZnIn2S4花球溶于水中超声30min，加入钴源搅拌2h，再缓慢加入硫源水溶液搅拌至溶液混合均匀，转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120℃下反应10h
‑
20h，降到室温用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥收集，得到Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，氯化锌、氯化铟、硫代乙酰胺的摩尔比为1:2:(4
‑
8)。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，钴源为六水合氯化钴或四水合乙酸钴。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，硫源为九水合硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，ZnIn2S4与钴源、硫源的摩尔比为：0.237:(0.01
‑
0.06):(0.05
‑
0.3)；优选为0.237:0.034:0.17。
[0023]本专利技术采用两步溶剂热法制备得到Co9S8/ZnIn2S4复合材料，其为纳米片组成的花球并分布纳米颗粒，花球直径为200
‑
800nm，其中八硫化九钴与四硫化二铟合锌构成异质结构。
[0024]上述Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料的应用，应用于光解水析氢。
[0025]本专利技术使用的所有化学药品均分为分析级，未经进一步处理。
[0026]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0027]1.本专利技术的Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料通过两步溶剂热得到，Co9S8与ZnIn2S4构成异相结构，ZnIn2S4受光激发产生的光生电子可以转移到Co9S8上，有效的实现光生电子
‑
空穴对的分离转移；可见光吸收范围得到扩宽，吸收强度也得到提升，在可见光的照射下，具有良好的光催化活性，复合后半导体的产氢速率最高可达12.67mmol h
‑1g
‑1，是纯ZnIn2S4的5.7倍。
[0028]2.本专利技术制备方法简单，工艺设备简单，得到的Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料稳定性好。
[0029]3.本专利技术制备的Co9S8/ZnIn2S4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料，其特征在于，所述光催化产氢材料是在花球状的ZnIn2S4材料上负载Co9S8颗粒从而形成异质结复合材料。2.制备如权利要求1所述Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料的方法，其特征在于，所述方法包括步骤如下：(1)将氯化锌和氯化铟溶于N,N
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二甲基甲酰胺中(DMF)，然后加入硫代乙酰胺水溶液，DMF与去离子水的体积比为1:1，搅拌30min，转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃
‑
200℃下反应10h，降到室温用去离子水和无水乙醇洗涤，60℃干燥10h，收集，得到ZnIn2S4花球；(2)将步骤(1)制得的ZnIn2S4花球溶于水中超声30min，加入钴源搅拌2h，再缓慢加入硫源水溶液搅拌至溶液混合均匀，转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120℃下反应10h
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20h，降到室温用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥收集，得到Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氯化锌、氯化铟、硫代乙酰胺的摩尔比为1:2:(4
‑<...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏明志，李前成，卢启芳，马迪，高兴龙，郭恩言，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：
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