[發(fā)明專利]一種硫空位缺陷制備硫化物半導(dǎo)體/金屬納米粒子的方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911064878.0
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN112756000B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李盼;王軍梅;楊尚坤;劉應(yīng)敏;王立晶;瞿鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 商丘師范學(xué)院
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J23/50;B01J23/52;B01J35/08;C01B3/04
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 張春

本發(fā)明公開了一種硫空位缺陷制備硫化物半導(dǎo)體/金屬納米粒子的方法，包括以下步驟：（1）制備具有硫空位的硫化物半導(dǎo)體的懸濁液體；（2）制備金屬離子前驅(qū)體溶液；（3）將具有硫空位缺陷的硫化物半導(dǎo)體的懸濁液體與金屬離子前驅(qū)體溶液混合；采用上述方法制得的硫化物半導(dǎo)體/金屬納米粒子用于光降解、光解水、光催化還原二氧化碳領(lǐng)域，優(yōu)先選擇光解水；本發(fā)明利用硫化物本身存在的缺陷的還原特性，可直接還原金屬離子前驅(qū)體溶液，在半導(dǎo)體缺陷表面上直接生長金屬納米粒子，不僅起到鈍化半導(dǎo)體表面缺陷的作用，還可以使沉積在半導(dǎo)體表面的金屬納米粒子與半導(dǎo)體具有較緊密的界面接觸，該方法操作簡單，無需外部能量的輸入，只需要攪拌即可制備此復(fù)合催化劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化領(lǐng)域，尤其涉及一種硫空位缺陷制備硫化物半導(dǎo)體/金屬納米粒子的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源危機和環(huán)境污染已成為人們面臨的兩大社會問題。自1972年日本科學(xué)家Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)TiO₂電極在紫外光照射下能夠分解水產(chǎn)生氫氣現(xiàn)象以來，半導(dǎo)體光催化技術(shù)引起了越來越多科研工作者的關(guān)注，在環(huán)境和能源等領(lǐng)域中呈現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景，已成為世界各國研究的熱點，很具有研究意義。

目前，對于單一半導(dǎo)體光催化劑來說，光生電子和空穴的復(fù)合比較嚴(yán)重，導(dǎo)致了光催化劑催化效率較低，如何提高半導(dǎo)體中光生電子和空穴的分離效率是提高其催化效率的關(guān)鍵。在半導(dǎo)體表面上沉積金屬納米粒子是提高光生電子和空穴的分離效率的一種十分有效的方法。三元的硫化物半導(dǎo)體?ZnIn₂S₄是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度Eg?=2.06-2.85?eV?(～570?nm)，具有較好的可見光響應(yīng)。并且毒性較小，環(huán)境友好，具有豐富的晶體結(jié)構(gòu)。在光照射下，硫化物半導(dǎo)體產(chǎn)生光生電子和空穴。隨后，光生電子轉(zhuǎn)移到金屬納米粒子上，從而降低了光生電子和空穴的復(fù)合效率，進而大大地提高了光催化效率。在半導(dǎo)體ZnIn₂S₄表面上沉積金屬納米粒子通常采用兩種方式，一是在有機穩(wěn)定劑存在下，通過化學(xué)還原的方法制備金屬納米粒子；二是通過光沉積的方法來制備金屬納米粒子，但以上兩種方法通常需要加入有機穩(wěn)定劑，或者需引入強光照且加入犧牲劑，操作過程比較繁瑣，并且可能對半導(dǎo)體本身產(chǎn)生一定的破壞作用，影響其光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決半導(dǎo)體ZnIn₂S₄表面沉積金屬納米粒子的過程中需要加入有機穩(wěn)定劑，或者額外引入強光照和犧牲劑操作繁瑣且可能對半導(dǎo)體本身產(chǎn)生一定的破壞作用，影響其光催化性能的技術(shù)問題，本發(fā)明利用硫化物半導(dǎo)體表面富含的缺陷能夠直接還原金屬離子的原理，在硫化物半導(dǎo)體表面上直接生長金屬納米粒子。

本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的：

一種硫空位缺陷制備硫化物半導(dǎo)體/金屬納米粒子的方法，包括以下步驟：

（1）制備具有硫空位的硫化物半導(dǎo)體的懸濁液體；

（2）制備金屬離子前驅(qū)體溶液；

（3）將具有硫空位缺陷的硫化物半導(dǎo)體的懸濁液體與金屬離子前驅(qū)體溶液混合。

進一步，所述將具有硫空位缺陷的硫化物半導(dǎo)體的懸濁液體與金屬離子前驅(qū)溶液混合，是指向具有硫空位缺陷的硫化物半導(dǎo)體的懸濁液體中加入金屬離子前驅(qū)體的溶液并攪拌。

進一步，所述具有硫空位缺陷的硫化物半導(dǎo)體為ZnIn₂S₄和In₂S₃之一，優(yōu)先選擇ZnIn₂S₄。