[發明專利]一種制備氧化鋅/硫化鋅納米異質結光催化劑的方法

有效

• 申請號: 201611163948.4
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106622291B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 師唯;趙秀霞;程鵬
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

一種制備氧化鋅/硫化鋅納米異質結光催化劑的方法，該催化劑是由ZnO負載到ZnS而形成的異質結催化劑，是通過以MOF?5為模板的兩步煅燒法，當ZnS?C在空氣中煅燒x分鐘時，其表達式為ZnOS?x。本發明的優點是:1、首次以金屬?有機框架配合物為模板制備異質結，與現有技術相比,該方法制備的催化劑可達到納米級別且可大規模的合成；2、本發明的催化劑在可見光照射且不需要借助任何共催化劑的條件下，光催化產氫效率高；3、本發明的催化劑穩定性好,便于重復利用。

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域,尤其是涉及一種制備氧化鋅/硫化鋅異質結光催化劑的方法。

背景技術

近幾十年來，隨著全球面臨的日益嚴重的能源危機和環境污染，氫能作為一種清潔、可再生、高燃燒值的二次能源而引起人們廣泛的關注，也被稱為“未來的石油”。不同于石油或煤炭燃燒會產生SO₂、CO₂等有毒物質，氫燃燒的產物是環境友好的水和熱。此外相較于時下的燃料(石油、甲烷、煤炭等)，在相同的質量時，氫能含有較大的能量(119KJ/g)，是汽油的3倍，再加上氫能易儲存和運輸，適應各種環境的需要。因此氫能將是極為理想的能源。從能源角度出發，利用太陽能分解水產生氫是將太陽能轉換為化學能，將取之不竭的太陽能通過分解水制氫，這個過程沒有污染物產生，而氫能在使用后也產生水，這是一種理想的良性循環，因此利用太陽能分解水制氫是一種可持續開發和利用的過程。在光催化分解水制氫過程中，最主要的問題是光催化劑的設計和制備。

傳統的光催化材料，如ZnO是一種典型的Ⅱ-Ⅵ族的寬禁帶(3.37eV)半導體材料，其激子結合能達60meV，擁有許多獨特的物理及化學性能。而ZnO在水中受紫外光照射容易發生光腐蝕，或是由于其為兩性氧化物，在強酸或強堿溶液中容易發生溶解，在某種程度上限制了其應用。ZnS因其帶隙寬、化學穩定性好、無毒環保、成本低等特點而在光催化、光敏電阻、光學傳感器以及光致發光材料中得到了廣泛應用，有望成為新一代Ⅱ-Ⅵ族半導體納米材料的主體。然而ZnS的帶隙寬度(3.68eV)比ZnO的帶寬還大，導致其光響應范圍僅在紫外光區域。值得注意的是，理論計算和實驗結果都已證實，將ZnO與ZnS兩種寬帶隙半導體材料的結合可以得到一種新型的材料，而這種材料的光致激發閾值低于單純ZnO或ZnS兩種材料中的任何一種，并且可以提高光催化劑的光生電子-空穴對的分離。同時縮小異質結光催化劑的粒徑尺寸，可達到減小光生載流子遷移到催化劑表面平均自由程的效果，從而進一步提高光生電子-空穴對的分離效率，最終提高光催化活性，但納米級異質結制備困難。迄今為止，有多種ZnO/ZnS核/殼復合結構被合成出來。而納米級ZnO/ZnS異質結卻并未見報道。

發明內容

本發明的發明目的是為了解決上述存在的難題，提供一種新型、高效光催化劑ZnO/ZnS異質結納米顆粒的制備方法。

本發明的技術方案：

一種制備氧化鋅/硫化鋅納米異質結光催化劑的方法，該催化劑是由ZnO負載到ZnS而形成的異質結催化劑，是通過以MOF-5為模板的兩步煅燒法，當ZnS-C在空氣中煅燒x分鐘時，其表達式為ZnOS-x，當x＝15、30、45、60分鐘時，得到ZnO/ZnS異質結納米顆粒分別為ZnOS-15,ZnOS-30,ZnOS-45,ZnOS-60。

所述的制備氧化鋅/硫化鋅納米異質結光催化劑的方法，包括以下步驟：

1)將六水硝酸鋅溶解在N-N-二甲基甲酰胺中，形成溶液1，將對苯二甲酸溶解在N-N-二甲基甲酰胺中，形成溶液2，然后將溶液1加入到溶液2中，混合均勻，置于100℃下回流反應12小時，自然降溫后過濾，將得到的固體分別用N-N-二甲基甲酰胺和甲醇洗滌3次，最后在70℃下真空干燥12小時，得到白色粉末狀固體金屬-有機框架配合MOF-5；