[發明專利]含硫缺陷的硫化物的制備方法與光催化還原二氧化碳的方法

有效

• 申請號: 201810034700.0
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN110040764B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 孫永福;李小東;謝毅
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;B01J27/04;C07C1/02;C07C9/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物的制備方法，包括以下步驟：將四水合氯化銦、一水合乙酸銅和硫代乙酰胺在有機溶劑中反應，得到三元CuIn₅S₈超薄片；將所述三元CuIn₅S₈超薄片進行快速煅燒，得到含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物。本申請還提供了一種利用上述制備的含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物可見光催化還原CO₂的方法。實驗結果表明，含硫缺陷的三元CuIn₅S₈硫化物具有更高的可見光催化還原二氧化碳成甲烷的選擇性，其在可見光照射下能將CO₂幾乎100％催化還原成甲烷，且CH₄生成速率約為8.7μmol·g^?1·h^?1。

技術領域

本發明涉及二氧化碳制備領域，尤其涉及一種含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物的制備方法與光催化還原CO₂的方法。

背景技術

當今社會，工業的快速發展帶來了嚴重的環境污染和能源短缺問題，如何有效地解決能源和環境問題成為了一個世界性的課題。化石燃料的過度使用釋放了大量的CO₂，導致了冰川融化、海平面上升以及溫室效應等諸多問題，極大地阻礙了人類社會的可持續發展。將CO₂轉化成清潔的能源能夠有助于同時解決能源緊缺和環境惡化的問題，因此CO₂也是一種潛在的碳資源，如何有效地利用CO₂成為了全球的熱點。

光能是取之不盡、用之不竭的潔凈能源，足夠滿足全球的需求，因此光催化還原CO₂被認為是一種極具潛力的方案；另外，與其它方法相比，光催化還原CO₂通常在常溫、常壓下進行，直接利用太陽能且無需耗費其它的輔助能源，可真正實現碳材料的循環利用。但是，光催化二氧化碳還原是一個復雜的多電子過程，產物極其豐富且難以分離，如何高選擇性的產生某種特定產物是當前亟待解決的難題。迄今為止，許多光催化材料已經應用于光催化還原CO₂中，然而極低的產物選擇性嚴重阻礙了其實際應用。因此，尋找高選擇性、高效率、穩定、便宜的光催化劑引起了人們的廣泛關注。

金屬硫化物作為地球上一類儲量豐富且性質穩定的化合物，在化學化工、環境監測、石油工業以及國防軍工等領域都發揮著不可替代的作用。金屬硫化物半導體材料表現出良好的可見光響應和優異的光催化活性，通常情況下，其合適的導帶電位足以還原水或二氧化碳。至今，硫化銦銀、硫化銦鋅等很多三元金屬硫化物催化劑已被證實能夠實現光催化還原CO₂，但通常的三元金屬硫化物材料活性位點少、本征活性弱等缺點嚴重影響了其光催化還原CO₂的活性和選擇性。制備三元金屬硫化物超薄片，并且人為制造硫缺陷來調控其能帶結構有助于解決以上問題。目前，制備含硫缺陷的三元金屬硫化物超薄片并將其用于高選擇性光催化還原CO₂產甲烷的應用尚未見報道。因此，發展一種簡單易行的制備含硫缺陷的三元金屬硫化物超薄片的方法，并將其應用于可見光催化還原CO₂十分必要。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種光催化還原CO₂的方法，該方法利用本申請制備的含硫缺陷的三元硫化物作為催化劑可實現可見光催化還原二氧化碳成甲烷，且具有較高的選擇性與穩定性。

有鑒于此，本申請提供了一種含硫缺陷的CuIn₅S₈硫化物的制備方法，包括以下步驟：

將四水合氯化銦、一水合乙酸銅和硫代乙酰胺在有機溶劑中反應，得到三元CuIn₅S₈超薄片；