[發明專利]一種0D/2D復合光催化材料及制備方法和用途

在審

• 申請號: 201910292094.7
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110124697A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 曹偉靜;毛寶東;譚麗麗;李豐華;張棟琪;董維璇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J37/10;B01J35/10;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B3/04
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本發明涉及光催化制氫技術領域，特指一種0D/2D復合光催化材料及制備方法和用途。稱取一定量的鉬酸銨和硫代乙酰胺溶解于去離子水中，獲得的混合溶液倒入到含有一定量新制備的Cu?In?Zn?S量子點溶液中，超聲混合均勻。將上述溶液倒入高壓反應釜中，置于180℃烘箱，反應16h，然后冷卻至室溫。最后獲得的復合物使用去離子水/乙醇沉淀/離心循環洗三次，洗好的樣品置于60℃烘箱中烘干，獲得Cu?In?Zn?S/MoS₂納米晶。通過可見光照射光分解水制氫的實驗證明所制備的復合光催化劑具有較好的光催化活性。

技術領域

本發明涉及光催化制氫技術領域，特指一種0D/2D復合光催化材料及制備方法和用途，利用調控MoS₂的加入量制備Cu-In-Zn-S/MoS₂量子點，并測量其量子點的光催化制氫性能。

背景技術

能源危機和環境問題迫在眉睫，運用光催化分解水產氫技術能合理地將可再生的太陽光轉化為高能量密度的能源-氫氣，實現能源清潔和環境友好。為了推動光催化分解水產氫技術規模應用，面臨的主要挑戰是要發展高效穩定的可見光催化劑。近年來。多元硫化物量子點憑借其可見光響應范圍廣、帶隙連續可調、比表面積高、活性位點多等獨特優勢在光催化領域備受青睞。通過組分或尺寸等調控手段可以調節CuInS₂量子點的能帶結構，使其能響應幾乎整個太陽光譜，可以最大限度利用地太陽能。Li等人(Chinese Journal ofCatalysis 1(2009)73-77)運用溶劑熱法成功引入鋅元素制備出性能優異的Cu-In-Zn-S四元量子點光催化劑，然而該材料在光催化分解水體系中表現出的產氫活性仍有待提高，同時需要改善材料的光催化產氫穩定性。光催化體系中貴金屬助催化劑引入是一種簡單且高效的改善材料光催化性能的手段，然而貴金屬的成本較高且含量稀少，不利于規模應用。近年來，關于層狀過渡金屬二硫化物的研究已經取得了極大的進展。在眾多層狀過渡金屬二硫化物中，廉價MoS₂是由Mo-S強共價鍵相互作用形成S-Mo-S層的材料，層狀MoS₂片邊緣為吸光的活性位點，可以促進電子空穴對的分離且改善催化劑的氧化還原反應。研究表明，CuInS₂納米花球/MoS₂復合光催化劑中CuInS₂產生的光生電子能夠順利遷移到MoS₂上，促使電子空穴快速分離(Chinese Physics B 7(2016)382-391)。已有研究指出2D MoS₂納米片修飾能夠改善Ⅰ-Ⅲ-ⅥAg-In-Zn-S納米材料的光催化產氫活性。但是，缺少關于0D Cu-In-Zn-S量子點和2D MoS₂之間界面作用影響Cu-In-Zn-S量子點/MoS₂光催化劑的產氫活性的研究。

發明內容

本發明目的在于利用2D MoS₂修飾制備Cu-In-Zn-S量子點復合光催化劑，該方法以醋酸銅、醋酸鋅、硝酸銦、L-半胱氨酸、硫代乙酰胺、四水合鉬酸銨為原料，利用水熱法來合成具有良好可見光催化活性和穩定性的復合光催化劑。

本發明通過以下步驟實現：

合成Cu-In-Zn-S量子點：稱取醋酸銅、醋酸鋅、硝酸銦、L-半胱氨酸，混合于去離子水中，用氫氧化鈉調節溶液pH值為8.5，接著加入硫代乙酰胺超聲攪拌10min，放入110℃烘箱，保持4h，獲得的量子點用去離子水/乙醇沉淀/離心循環洗三次，保存于去離子水中。

合成Cu-In-Zn-S/MoS₂：稱取四水合鉬酸銨和硫代乙酰胺溶解于去離子水中，獲得的混合溶液倒入到含有Cu-In-Zn-S量子點的溶液中，超聲混合均勻；將上述溶液倒入高壓反應釜中，置于180℃烘箱反應16h，反應然后冷卻至室溫，最后獲得的復合物洗滌除去未反應物質，洗好的樣品置于烘箱烘干，得到Cu-In-Zn-S/MoS₂復合光催化劑。

所述的四水合鉬酸銨和硫代乙酰胺的質量比為1:2。