一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料及其制备方法和用途，所述方法包括以下步骤：称取Co(NO3)2·

【技术实现步骤摘要】
一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及催化材料
，具体涉及一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]当前化石燃料不能满足全球人类的能源需求，必须开发替代能源H2来防止能源枯竭和环境恶化。光催化制氢(PHE)技术以廉价丰富的水为原料，以太阳能为动力，被认为是缓解能源短缺和环境污染双重压力的一种有前景的、友好的策略。它包括三个关键步骤:吸收阳光、光电子
‑
空穴对的分离和水中电子与质子的还原。科学家已经从这三个方面研究发现许多催化材料能在光照下将水分解成H2。但是合成出经济、稳定的高效光催化剂仍是研究热点。
[0003]金属有机骨架材料(MOFs)由于具有孔隙率高、结构可调、比表面积大等特性，在光催化制氢领域得到了广泛的应用。纯ZIF
‑
67的析氢活性受到光吸收差、光生电子空穴对聚合、活性位点少等因素的限制。一般，金属氧化物具有大的禁带宽度，只能吸收紫外光。金属磷化物的合成条件苛刻，不适合实际应用。金属硫化物的带隙适中，是光催化的良好候选者，但是硫化物易团聚且易发生光腐蚀，不利于产生高效稳定的性能。ZIF
‑
67可用作合成硫化物的牺牲模板，以往的水热硫化合成工艺手段可能会丧失ZIF
‑
67的有机配体，而且浪费资源，操作繁琐。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料及其制备方法和用途，其合成了一种稳定高效的硫化物光催化剂，提高了光催化制H2能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)称取Co(NO3)2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O和对苯二甲酸，溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中，搅拌后密封在高压反应釜中，进行溶剂热反应，离心干燥，得到Ni
‑
ZIF
‑
67；
[0008](2)将Ni
‑
ZIF
‑
67与硫源，在高温下进行热解退火反应，即可得到NiS/Co3S4；
[0009](3)分别称取锌源、镉源和硫代乙酰胺(TAA)后，加入去离子水超声，加入碱源，搅拌后进行反应，将反应得到的反应物离心洗涤，得到ZnCdS晶体产物；
[0010](4)将NiS/Co3S4与ZnCdS分散于去离子水，超声结合，洗涤干燥得到目标产物，目标产物即为所述Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料。
[0011]优选地，所述步骤(1)中，Co(NO3)2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O和对苯二甲酸的质量比为1:3.52～3.89:6.08～6.72；N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液的体积浓度为99.1％～99.9％，Co(NO3)2·
6H2O与N,N
‑
二甲基甲酰胺的质量比为1：0.77～0.78。
[0012]优选地，所述步骤(1)中，高压反应釜的压力为0.2～0.4M pa。
[0013]优选地，所述步骤(1)中，溶剂热反应是在100℃下反应15h。
[0014]优选地，所述步骤(2)中，硫源为硫粉，Ni
‑
ZIF
‑
67与硫源的质量比为1:1～3，高温的温度为500
±
20℃，氮气纯度为99.999％，退火压力控制在0.1～0.15M pa。
[0015]优选地，所述步骤(3)中，锌源为(CH3COO)2Zn
·
2H2O，镉源为(CH3COO)2Cd
·
2H2O，锌源与镉源以及硫代乙酰胺的摩尔比为1:0.95～1.05:2.36～2.63；碱源为NaOH，锌源与碱源的摩尔比为1:7.6～8.4。
[0016]优选地，所述步骤(4)中，所述NiS/Co3S4与ZnCdS的质量比为1:6.7～1:20。
[0017]一种所述的Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料的制备方法制备得到的Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料。
[0018]一种所述的Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料的用途，所述的Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料用作光催化制H2的催化剂。
[0019]优选地，所述的Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料用作光催化制H2的催化剂的方法如下：将NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料溶于含有牺牲剂的60mL纯水中，超声处理30min，溶液抽真空后进行光催化反应，所选牺牲剂为硫化钠与亚硫酸钠的混合物，硫化钠与亚硫酸钠的质量比为2.5～2.7:1，光催化反应所使用的光源为λ≥420nm的可见光。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1)本专利技术设计了双金属Ni/Co
‑
MOFs，双金属离子的协同作用使Ni
‑
ZIF
‑
67表现出更好的电化学性能。由于离子半径和电负性的相似性，Ni
2+
可以均匀引入ZIF
‑
67中，增加了催化位点的数量，改善了固有缺陷和光催化性能，使Ni
‑
ZIF
‑
67成为水析氢反应的有效光催化剂。
[0022]2)本专利技术通过对掺杂金属Ni的Ni
‑
ZIF
‑
67热解硫化以及与硫化物结合，制备出一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料用于光催化水解产氢。得到的纳米克服了硫化物的团聚，促进了光生电子的迁移，同时暴露了更多的反应位点。
[0023]3)本专利技术中通过NiS/Co3S4与ZnCdS的复配，将其投用于光催化水解制H2反应，通过对NiS/Co3S4加载量的调控，实现光催化析H2性能的显著提升。
[0024]4)本专利技术为硫化物的制备提供了一种简单绿色的新途径。
附图说明
[0025]图1(a)是本专利技术实施例1中Ni
‑
ZIF
‑
67、ZnCdS和NiS/Co3S4/ZnCdS复合材料的X射线衍射图，(b)是本专利技术实施例1中Ni
‑
ZIF
‑
67、ZnCdS和NiS/Co3S4/ZnCdS复合材料的的紫外可见漫反射图；
[0026]图2(a)是本专利技术实施例2中纯ZnCdS、Ni
‑
ZIF
‑
67和NiS/Co3S4/ZnCdS的光催化制H2性能图，(b)是NiS/Co3S4/ZnCdS
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20光催化制H2性能循环实验图。
具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取Co(NO3)2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O和对苯二甲酸，溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中，搅拌后密封在高压反应釜中，进行溶剂热反应，离心干燥，得到Ni
‑
ZIF
‑
67；(2)将Ni
‑
ZIF
‑
67与硫源，在高温下进行热解退火反应，即可得到NiS/Co3S4；(3)分别称取锌源、镉源和硫代乙酰胺后，加入去离子水超声，加入碱源，搅拌后进行反应，将反应得到的反应物离心洗涤，得到ZnCdS晶体产物；(4)将NiS/Co3S4与ZnCdS分散于去离子水，超声结合，洗涤干燥得到目标产物，目标产物即为所述Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，Co(NO3)2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O和对苯二甲酸的质量比为1:3.52～3.89:6.08～6.72；N,N
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二甲基甲酰胺溶液的体积浓度为99.1％～99.9％，Co(NO3)2·
6H2O与N,N
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二甲基甲酰胺的质量比为1：0.77～0.78。3.根据权利要求1所述的一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，高压反应釜的压力为0.2～0.4M pa。4.根据权利要求1所述的一种Z型异质结NiS/Co3S4/ZnCdS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，溶剂热反应是在100℃下维持15h。5.根据权利要求1所述的一种Z型异质结NiS/Co3S4/...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄茹婷，程玲，石先阳，邓国志，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：