一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号：40955436 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-18 20:31

本发明专利技术属于光催化材料技术领域，具体一种Zn<subgt;2</subgt;TiO<subgt;4</subgt;/ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用。制备方法包如下：将乙酸锌和聚丙烯腈粉末溶于N，N‑二甲基甲酰胺中，添加乙酸、钛酸四丁酯，进行静电纺丝，得到纳米纤维；煅烧得到Zn<subgt;2</subgt;TiO<subgt;4</subgt;纳米纤维；将ZnCl<subgt;2</subgt;、InCl<subgt;3</subgt;和硫代乙酰胺溶解于水中，得到前驱体溶液；将Zn<subgt;2</subgt;TiO<subgt;4</subgt;纳米纤维置于前驱体溶液中；进行水热反应，结束后冷却至室温、离心洗涤，烘干，得到Zn<subgt;2</subgt;TiO<subgt;4</subgt;/ZnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;光催化材料。相较于现有的光催化剂，本发明专利技术所述的光催化剂可控性良好，有利于进一步提升载流子的分离效率，实验得到该复合材料用于光催化分解水有较高的产氢量和较好的稳定性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化材料，具体一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、近年来，能源短缺和环境破坏的问题严重制约了社会的可持续发展，开发高效绿色的氢气资源成为大多数研究者们所关注的重点。氢气作为一种环保、可持续和可再生的能源越来越受欢迎，因为它有可能缓解滥用化石燃料造成的能源短缺，迄今为止，已经建立了许多产生氢能的方法，包括水的高温分解和电催化水的裂解。特别是，光催化分解水制氢易于操作和广泛应用，是一种潜在的环境保护技术，但是实现高效的氢气产量并不容易。因此，高性能光催化分解水析氢技术的一个关键问题是探索能够有效实现电荷分离的光催化剂。

2、znin2s4因其合成简单、环境友好、稳定性好、能带结构合适的显著优点而受到广泛的关注和应用。然而，纯znin2s4光催化剂的光催化效率通常受限，这主要是由于其对太阳光的开发效率明显较低，以及光产生电荷的大量重组。因此，人们设计了多种修饰技术来提高znin2s4光催化氢的光催化效率。本专利技术引入zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维原能带结构中产生杂质能级，降低电子跃迁势垒，能有效降低光生电子和空穴的复合，从而提高光催化活性；并且zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维作为光催化剂析氢还尚未有相关报道。

技术实现思路

1、本专利技术为解决现有技术问题，提供了zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用。

2、本专利技术采用的技术方案为

3、1)将乙酸锌和聚丙烯腈粉末溶于n，n-二甲基甲酰胺中，添加乙酸搅拌至溶液成粘稠状态，再加入钛酸四丁酯至溶液完全溶解，进行静电纺丝，将得到的纳米纤维进行收集；

4、2)将收集到的纳米纤维放到马弗炉里煅烧，最后得到zn2tio4纳米纤维；

5、3)将zncl2、incl3和硫代乙酰胺taa按照一定的比例溶解于适量的水中，搅拌后使其充分溶解形成均匀的前驱体溶液；

6、4)将zn2tio4纳米纤维置于步骤3)的前驱体溶液中；

7、5)将步骤4)所得的溶液放入高压釜中进行水热反应，结束后冷却至室温、离心洗涤，烘干，得到zn2tio4/znin2s4光催化材料。

8、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，步骤1)中，乙酸锌：聚丙烯腈粉末：n，n-二甲基甲酰胺：钛酸四丁酯：乙酸为0.644g：1.5g：9.5ml：1ml：0.5ml

9、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，步骤1)中，静电纺丝过程中收集器与注射器尖端之间的距离为15cm，外加电压为15kv，12h后收集纤维。

10、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，步骤2)中，马弗炉里煅烧的温度是600℃，升温速率为1℃/min，煅烧2h。

11、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，步骤3)中，zncl2：incl3：(硫代乙酰胺)taa：水为0.544g：0.173g：0.24g：36ml。

12、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，步骤4)中，zn2tio4纳米纤维：前驱体溶液为40mg：36ml。

13、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，步骤5)中，所述的水热反应温度为180℃，反应时间24h。

14、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，步骤5)中，所述的烘干温度是60℃，烘干时间是12h。

15、上述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂在光照下催化分解水析氢中的应用。

16、上述的应用，于容器中加入三乙醇胺，加入15μl，75wt％的氯铂酸水溶液，加入上述的zn2tio4/znin2s4光催化剂，超声，得分散溶液；通入氩气，密封容器，在可见光照射条件下，催化分解水析氢。

17、本专利技术的有益效果为：

18、1、本专利技术利用静电纺丝法和水热法制备了zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，具有更大的比表面积、更强的光吸收能力、更高的光生载流子分离速率，可以显著的提高催化剂的可见光响应，增强光催化活性。

19、2、本专利技术制备的zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂导致光生电子空穴具有更强的光催化还原能力，参与催化反应，是一种提高可见光催化活性的有效途径。

20、3、本专利技术制备的zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂具有较好的光催化析氢性能，且该方法操作简单、方便、低成本、条件温和、有利于大规模生产。

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【技术保护点】

1.一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤1)中，乙酸锌：聚丙烯腈粉末：N，N-二甲基甲酰胺：钛酸四丁酯：乙酸为0.644g：1.5g：9.5mL：1mL：0.5mL。

3.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤1)中，静电纺丝过程中收集器与注射器尖端之间的距离为15cm，外加电压为15kV，12h后收集纤维。

4.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤2)中，马弗炉里煅烧的温度是600℃，升温速率为1℃/min，煅烧2h。

5.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤3)中，ZnCl2：InCl3：(硫代乙酰胺)TAA：水为0.544g：0.173g：0.24g：36mL。

6.根据权利要求1所述的一种Z

7.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤5)中，所述的水热反应温度为180℃，反应时间24h。

8.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤5)中，所述的烘干温度是60℃，烘干时间是12h。

9.权利要求1所述的一种Zn2TiO4/ZnIn2S4异质结纳米纤维光催化剂在光照下催化分解水析氢中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，于容器中加入三乙醇胺，加入15μL，75wt％的氯铂酸水溶液，加入权利要求1所述的Zn2TiO4/ZnIn2S4光催化剂，超声，得分散溶液；通入氩气，密封容器，在可见光照射条件下，催化分解水析氢。

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【技术特征摘要】

1.一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤1)中，乙酸锌：聚丙烯腈粉末：n，n-二甲基甲酰胺：钛酸四丁酯：乙酸为0.644g：1.5g：9.5ml：1ml：0.5ml。

3.根据权利要求1所述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤1)中，静电纺丝过程中收集器与注射器尖端之间的距离为15cm，外加电压为15kv，12h后收集纤维。

4.根据权利要求1所述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤2)中，马弗炉里煅烧的温度是600℃，升温速率为1℃/min，煅烧2h。

5.根据权利要求1所述的一种zn2tio4/znin2s4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，步骤3)中，zncl2：incl3：(硫代乙酰胺)taa：水为0.544g：0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶然，朴天阳，李佳乐，慕永琪，楚振明，范晓星，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：

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