一种含有S空位的Z型异质结光催化剂的制备方法技术

一种含有S空位的BiVO4/S

【技术实现步骤摘要】
一种含有S空位的Z型异质结光催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种含有S空位的BiVO4/S
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]氨(NH3)作为世界上最大的工业合成化学品之一，已被广泛应用于农业、化工和医药等领域。目前工业合成氨完全依赖于高耗能的Haber
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Bosch工艺。由于N2分子的天然惰性，Haber
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Bosch工艺需要在高温(400
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600℃)、高压(20
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40MPa)的苛刻条件下进行反应。而光催化合成氨技术有望成为替代Haber
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Bosch工艺的新方法。这是因为该方法利用取之不尽的太阳能和水为氨的合成提供能量。然而，本征光催化剂因其高的载流子复合效率往往表现出较差的合成氨活性。对此，我们需要对本征光催化剂进行适当的修饰改性，以得到更多的光生电子参与合成氨反应。大量研究表明，构建异质结是一种有效提高本征半导体载流子分离效率、生成更多光生电子的方法。尤其是Z型异质结系统，该系统在产生大量光生载流子的同时，还会最大限度地提高异质结体系的氧化/还原电位，保证了反应热力学的先决条件，这也是其他类型异质结所不具备的特质。
[0003]然而，目前已有Z型异质结光催化合成氨的相关报道，但是其氨合成的活性仍然很低。其根本原因是Z型异质结中的光生电子注入到N2分子的效率非常低。因此，解决这一瓶颈的关键在于如何在Z型异质结催化剂的活性组分表面构筑大量有效的活性位点，在异质结系统和N2还原反应系统之间建立有效的电子转移桥梁，将Z型异质结产生的大量光生电子有效地输送到N2还原反应。大量研究报道，缺陷工程是一种增加催化剂表面活性位点非常有效的手段。研究者们己经开发出了大量含缺陷的光催化材料用于光催化合成氨反应，如含氧缺陷的Bi5O7Br和TiO2，含S缺陷的Zn
0.1
Sn
0.1
Cd
0.8
S和MoS2。以上研究发现，缺陷位不仅可以有效吸附N2分子，同时还能促进光生电子从催化剂向N2分子的转移。
[0004]因此，若在Z型异质结中活性组分中构建空位，也就是说将空位作为电子转移的桥梁，可有效提升光生电子从催化剂表面向N2分子的注入，从而提高光催化合成氨的活性。在该体系中，Z型异质结为N2还原提供驱动力，即产生大量的光生电子；而空位为光生电子向N2注入提供通道。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种含有S空位的BiVO4/S
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂的制备方法。本专利技术通过水热法制备出BiVO4，再将ZnIn2S4纳米片原位生长到BiVO4表面，即可制备得到含有S空位的BiVO4/S
V
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种含有S空位的BiVO4/S
V
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0008](1)将甘油加入pH＝2～2.5的HCl水溶液中，搅拌10～20min，得到溶液A；
[0009]所述溶液A中，甘油的体积分数为20～25％，HCl水溶液的体积分数为75～80％；
[0010](2)在步骤(1)所得溶液A中加入ZnCl2、InCl3·
4H2O、硫代乙酰胺和BiVO4，超声15～30min，再搅拌10～20min，得到溶液B；
[0011]所述ZnCl2、InCl3·
4H2O、硫代乙酰胺的物质的量之比为1：1：2；
[0012]所述ZnCl2在溶液B中的浓度为0.05～0.075mmol/mL；
[0013]所述BiVO4在溶液B中的浓度为2.5～5mg/mL；
[0014](3)将步骤(2)所得溶液B在80～85℃下搅拌反应120～150min，之后经离心，洗涤(用去离子水)，干燥，得到含有S空位的BiVO4/S
V
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂；
[0015]所述干燥为在60～80℃真空干燥箱中干燥8～12h。
[0016]本专利技术中，所述“溶液A”、“溶液B”没有特殊的含义，标记为“A”、“B”只是用于区分不同步骤中得到的溶液。
[0017]本专利技术制备的含有S空位的BiVO4/S
V
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂可应用于光催化合成氨反应中。
[0018]本专利技术的优点：
[0019]制备方法简单，只需要简单的水热合成。合成的BiVO4/S
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ZnIn2S4比纯相BiVO4和纯相ZnIn2S4表现出更高的光吸收性能和载流子分离效率，并表现出高效的光催化合成氨活性。
附图说明
[0020]图1为实施例1中BiVO4的XRD图。
[0021]图2为实施例2中ZnIn2S4的XRD图。
[0022]图3为实施例3中BiVO4/S
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ZnIn2S4的XRD图。
[0023]图4为实施例1中BiVO4的SEM图。
[0024]图5为实施例2中ZnIn2S4的SEM图。
[0025]图6为实施例3中BiVO4/S
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ZnIn2S4的SEM图。
[0026]图7为实施例3中BiVO4/S
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ZnIn2S4的mapping图。
[0027]图8为实施例1、2、3中BiVO4、ZnIn2S4和BiVO4/S
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ZnIn2S4的紫外
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可见漫反射图谱。
[0028]图9为实施例2、3中ZnIn2S4和BiVO4/S
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ZnIn2S4的电子顺磁共振表征图。
[0029]图10为实施例1、2、3中BiVO4、ZnIn2S4和BiVO4/S
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ZnIn2S4光电流表征图。
[0030]图11为实施例1、2、3中BiVO4、ZnIn2S4和BiVO4/S
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ZnIn2S4的光催化合成氨的活性数据图。
具体实施方式
[0031]下面通过具体实施例进一步描述本专利技术，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。
[0032]实施例1：
[0033]BiVO4的制备方法：
[0034]向盛有50mL稀HNO3(2mol/L)的烧杯中加入Bi(NO3)3·
5H2O(2.370g，6mmol)和NH4VO3(0.7019g，6mmol)，并搅拌10min。而后逐滴向溶液中加入氨水，直至pH＝2。而后将其转移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有S空位的BiVO4/S
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将甘油加入pH＝2～2.5的HCl水溶液中，搅拌10～20min，得到溶液A；(2)在步骤(1)所得溶液A中加入ZnCl2、InCl3·
4H2O、硫代乙酰胺和BiVO4，超声15～30min，再搅拌10～20min，得到溶液B；(3)将步骤(2)所得溶液B在80～85℃下搅拌反应120～150min，之后经离心，洗涤，干燥，得到含有S空位的BiVO4/S
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂。2.如权利要求1所述含有S空位的BiVO4/S
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ZnIn2S
4 Z型异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏盛杰，张冠华，倪哲明，谢波，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：