[發明專利]一種空間電荷分離型復合光催化劑的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710491290.8
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107175115B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 丁建軍;陳林;田興友
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;B01J27/045;C01B3/04
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 張雁

1.一種空間電荷分離型復合光催化劑的制備方法，其化學式為Au合金/MO_x/CaIn₂S₄，其特征在于：通過光照還原法將還原型助催化劑納米Au合金原位/擇位沉積于CaIn₂S₄表面納米臺階的凸位，將氧化型助催化劑MO_x原位/擇位沉積于CaIn₂S₄表面納米臺階的凹位，從而實現光催化還原反應位和氧化反應位在空間上的徹底分離，有效抑制光生載流子的復合幾率，大幅提高光催化制氫的效率；

其制備方法包括以下三種方法：

(1)首先將還原型助催化劑納米Au合金原位/擇位沉積于CaIn₂S₄表面納米臺階的凸位，然后再將氧化型助催化劑金屬氧化物MO_x原位/擇位沉積于CaIn₂S₄表面納米臺階的凹位，包括以下步驟：(A)將CaIn₂S₄粉體分散于含有空穴犧牲試劑的光催化反應器中，加入一定量的納米Au合金前驅體，然后通入氮氣或者氬氣惰性氣體0.5-2小時，以排盡光催化反應器中的空氣，在可見光下反應1-6小時，過濾、洗滌、干燥，得到Au合金/CaIn₂S₄復合材料；(B)將步驟(A)得到的Au合金/CaIn₂S₄復合材料分散于含有電子犧牲試劑的光催化反應器中，加入一定量的金屬氧化物前驅體，然后通入氮氣或者氬氣惰性氣體0.5-2小時，以排盡光催化反應器中的空氣，在可見光下反應1-6小時，過濾、洗滌、干燥，得到Au合金/MO_x/CaIn₂S₄復合光催化劑；

(2)首先將氧化型助催化劑金屬氧化物MO_x原位/擇位沉積于CaIn₂S₄表面納米臺階的凹位，然后再將還原型助催化劑納米Au合金原位/擇位沉積于CaIn₂S₄表面納米臺階的凸位，包括以下步驟：(C)將CaIn₂S₄粉體分散于含有電子犧牲試劑的光催化反應器中，加入一定量的金屬氧化物前驅體，然后通入氮氣或者氬氣惰性氣體0.5-2小時，以排盡光催化反應器中的空氣，在可見光下反應1-6小時，過濾、洗滌、干燥，得到MO_x/CaIn₂S₄復合材料；(D)將步驟(C)得到的MO_x/CaIn₂S₄復合材料分散于含有空穴犧牲試劑的光催化反應器中，加入一定量的納米Au合金前驅體，然后通入氮氣或者氬氣惰性氣體0.5-2小時，以排盡光催化反應器中的空氣，在可見光下反應1-6小時，過濾、洗滌、干燥，得到Au合金/MO_x/CaIn₂S₄復合光催化劑；

(3)同時將還原型助催化劑納米Au合金和氧化型助催化劑金屬氧化物MO_x分別原位/擇位沉積于CaIn₂S₄表面納米臺階的凸位和凹位，包括以下步驟：(E)將CaIn₂S₄粉體分散于光催化反應器中，加入一定量的納米Au合金前驅體和金屬氧化物前驅體，然后通入氮氣或者氬氣惰性氣體0.5-2小時，以排盡光催化反應器中的空氣，在可見光下反應1-6小時，過濾、洗滌、干燥，直接得到Au合金/MO_x/CaIn₂S₄復合光催化劑。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(A)和(D)中，空穴犧牲試劑為Na₂S/Na₂SO₃、KI、甲醇、乙醇。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(A)、(D)和(E)中，Au合金指AuCu、AuPt、AuAg、AuPd，其中第二組分Cu、Pt、Ag、Pd與Au具有相同的面心立方結構。