一种利用太阳能分解水产氢的异质结构催化剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体光催化材料的制备方法，特别是一种利用太阳能分解水产氢的异质结构催化剂及制备方法。

背景技术

随着全球经济的不断发展，人类对于能源的需求不断增长，传统化石燃料的大规模开采使用带来了温室效应、环境污染等问题。氢能作为一种高能量密度的能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，有希望代替传统化石燃料成为一种新型能源载体。目前传统的制氢方法主要有：煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢以及电解水制氢。但也都同样需要消耗一次能源，同样会带来环境污染等问题。所以为了解决这个难题，我们急需探索出一种全新的、低成本、环境友好型的制氢方法。

太阳能具有极大的利用价值，人类所需能量绝大部分直接或者间接来自于太阳。基于其无污染、可再生的特点，受到了科学家的广泛关注。1972年，日本东京大学的FujishimaA教授和HondaK教授发现使用TiO

三元金属硫化物ZnIn

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用太阳能分解水产氢的异质结构催化剂及制备方法，解决ZnIn

技术方案：本发明包括利用太阳能分解水产氢的异质结构催化剂材料，以及异质结构催化剂材料的制备方法。

所述的异质结构催化剂材料包括：ZnIn

所述的异质结构催化材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、配制SiO

步骤2、将混合溶液一转移至水热反应釜中，105℃反应12h；

步骤3、自然冷却后，将产物用去离子水冲洗、离心，并在60℃下干燥得到SiO

步骤4、配制SiO

步骤5、将混合溶液二转移至水热反应釜中，160℃反应12-20h；

步骤6、自然冷却后，去离子水冲洗离心收集黑色沉淀，然后60℃下真空干燥，得到NiS中空纳米球粉末；

步骤7、配制NiS、甘油、水、氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺混合溶液；将NiS中空纳米球粉末和甘油溶于水中，然后添加氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺，得到混合溶液三；

步骤8、将混合溶液三在搅拌状态下80℃反应2h，使得ZnIn

步骤9、取出沉淀物质，经过离心、洗涤、干燥，得到灰绿色NiS@ZnIn

所述的步骤1中，所述的SiO

所述的步骤4中，SiO

所述的步骤7中，NiS为0.095mmol；甘油为2mL；氯化锌为0.32mmol；氯化铟为0.32mmol；硫代乙酰胺为0.64mmol；所述的氯化铟为InCl

所述的步骤9中，所述的灰绿色粉末NiS@ZnIn2S4为球状异质结构，由若干纳米薄片与中空纳米球复合组成，有着可见光响应，尺寸约为400nm。

有益效果：半导体复合改性是提高材料光催化性能的有效手段，异质界面之间存在电位梯度，能带结构匹配的金属硫化物半导体之间的适当耦合可以有效地加速光生电荷的分离和转移。本发明中应用了ZnIn

优点：制备出的NiS@ZnIn

1.本发明方法简单、无毒，且易于操作；

2.本发明方法成本低，适合进行工业化生产；

3.得到的纳米粉末密度低，比表面积大，具有可见光响应，且形貌均一。

4.材料产氢性能较高，无需使用牺牲剂及助催化剂，产氢速率能够达到1.7mmolg-1·h-1，3h的产氢量为5.15mmol g-1。

附图说明

图1为本发明的NiS@ZnIn

图2为本发明的NiS@ZnIn

图3为本发明的NiS@ZnIn

图4为本发明的NiS@ZnIn

图5为本发明NiS@ZnIn

图6为本发明NiS@ZnIn

图7为本发明NiS、ZnIn

图8(a)为本发明中NiS的禁带宽度估算结果图。

图8(b)为本发明中ZnIn

图9(a)为本发明中NiS的导带位置估算结果图。

图9(b)为本发明中ZnIn

图10为本发明光催化剂的产氢性能图。

图11本发明光催化剂的产氢机理图。

具体实施方式

本发明包括利用太阳能分解水产氢的异质结构催化剂材料，以及异质结构催化剂材料的制备方法。

所述的异质结构催化剂材料包括：ZnIn

所述的异质结构催化材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、配制SiO

步骤2、将混合溶液一转移至水热反应釜中，105℃反应12h；

步骤3、自然冷却后，将产物用去离子水冲洗、离心，并在60℃下干燥得到SiO

步骤4、配制SiO

步骤5、将混合溶液二转移至水热反应釜中，160℃反应12-20h；

步骤6、自然冷却后，去离子水冲洗离心收集黑色沉淀，然后60℃下真空干燥，得到NiS中空纳米球粉末；

步骤7、配制NiS、甘油、水、氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺混合溶液；将NiS中空纳米球粉末和甘油溶于水中，然后添加氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺，得到混合溶液三；

步骤8、将混合溶液三在搅拌状态下80℃反应2h，使得ZnIn

步骤9、取出沉淀物质，经过离心、洗涤、干燥，得到灰绿色NiS@ZnIn

所述的步骤1中，所述的SiO

所述的步骤4中，SiO

所述的步骤7中，NiS为0.095mmol；甘油为2mL；氯化锌为0.32mmol；氯化铟为0.32mmol；硫代乙酰胺为0.64mmol；所述的氯化铟为InCl

所述的步骤9中，所述的灰绿色粉末NiS@ZnIn2S4为球状异质结构，由若干纳米薄片与中空纳米球复合组成，有着可见光响应，尺寸约为400nm。

实施例1：3.33mmol SiO

混合均匀后转移至水热反应釜中，105℃反应12h；

自然冷却后，将产物用去离子水冲洗-离心5次，60℃干燥得到SiO

0.1g SiO

使用NaOH溶液将溶液pH调节至13.4，然后转移至水热反应釜中，160℃反应18h；

自然冷却后，使用去离子水冲洗离心4次收集黑色沉淀物，60℃真空干燥得到NiS中空纳米球粉末；

将0.474mmol NiS、12mL甘油溶于40ml水中搅拌均匀；

然后添加1.6mmol ZnCl

经过离心、洗涤、干燥，得到NiS@ZnIn

该材料的宏观、微观形貌特征如图2、3、4所示；它是由一系列纳米薄片和中空纳米球复合组成(如图3，4所示)。

图5XRD分析表明NiS@ZnIn

图6的XPS图谱测量确定了NiS@ZnIn

图7为NiS、ZnIn

图8NiS与ZnIn

图9为NiS与ZnIn

图10为NiS@ZnIn

图11为NiS@ZnIn

实施例2：13.3mmol SiO

混合均匀后转移至水热反应釜中，105℃反应12h；

自然冷却后，将产物用去离子水冲洗-离心5次，60℃干燥得到SiO

0.2g SiO

使用NaOH溶液将溶液pH调节至13.4，然后转移至水热反应釜中，160℃反应16h；

自然冷却后，使用去离子水冲洗离心4次收集黑色沉淀物，60℃真空干燥得到NiS中空纳米球粉末；

将0.095mmol NiS、2mL甘油溶于水中搅拌均匀；

然后添加0.399mmol ZnCl

经过离心、洗涤、干燥，得到NiS@ZnIn

实施例3：13.3mmol SiO

混合均匀后转移至水热反应釜中，105℃反应12h；

自然冷却后，将产物用去离子水冲洗-离心5次，60℃干燥得到SiO

将0.4g SiO

添加5.12mmol Na

使用NaOH溶液将溶液pH调节至13.5，然后转移至水热反应釜中，160℃反应20h；

自然冷却后，使用去离子水冲洗离心4次收集黑色沉淀物，60℃真空干燥得到NiS中空纳米球粉末；

将0.095mmol NiS、2mL甘油溶于水中搅拌均匀，然后添加0.32mmol ZnCl

经过离心、洗涤、干燥，得到NiS@ZnIn