[發明專利]一種2D/2D硫化銦鋅/MXene光催化異質結產氫材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011387423.5
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112827503A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 歐慢;李金珂;陳宇輝;陳元釗;耿梅
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C01B3/04
• 代理公司: 杭州知閑專利代理事務所(特殊普通合伙) 33315
• 代理人: 黃燕

本發明提供一種2D/2D硫化銦鋅/MXene光催化異質結產氫材料及其制備方法。上述產氫材料，包括MXene以及負載于MXene上的硫化銦鋅納米片。上述制備方法包括：采用溶劑熱法將硫化銦鋅納米片沉積到MXene上，后處理得2D/2D硫化銦鋅/MXene光催化異質結產氫材料。本發明的產氫材料具體較大的比表面積，保證了催化劑與反應物間的充分接觸和催化作用，增大了催化活性位點的暴露，提高了產氫效果。上述制備方法工藝簡單，實驗重復性好，溶劑熱法制備的產氫材料的產氫效率高達3068.7μmol g^?1h^?1，較單相2D硫化銦鋅提高了4.5倍，且具有較好的抗光腐蝕能力，表現出良好的穩定性。

技術領域

本發明屬于光催化分解水產氫材料技術領域，具體涉及一種2D/2D硫化銦鋅/MXene光催化異質結產氫材料及其制備方法。

背景技術

全球對能源的需求不斷增大，氫能作為一種清潔的可再生能源被廣為關注，為了實現可持續發展，運用太陽能產氫被認為是一種有前途的策略，那么尋找光催化材料有效的將太陽能轉化為化學能源成為重中之重。在光催化半導體材料體系中，金屬硫化物已被證明在可見光下可有效地催化水釋放氫氣，因具有穩定的化學性能以及對于光催化水分解制氫具有合適的能帶位置，被廣泛研究，前景廣為看好。

硫化銦鋅作為三元硫族化物中的重要一員，是一種n型半導體，其獨特的電子結構，合適的禁帶寬度及能帶位置吸引了研究者們的廣泛關注。其中，相比較0D和1D結構，2D納米片結構具有高比表面積可暴露出較豐富的催化活性位點。與此同時，其制備過程簡單，可通過一步溶劑熱法得到，所以在光催化領域中廣為應用。然而，因為硫化銦鋅產生的光生電子不能快速有效的傳導，造成硫化銦鋅光生載流子的分離率低，且在光催化過程中容易發生光腐蝕，使硫化銦鋅光催化穩定性也差強人意，這些因素極大地限制了其在光催化方面的效率。

根據目前報道的硫化銦鋅光催化產氫(參考文獻：Nat.Commun.8(2017)14224；Appl.Catal.B Environ.206(2017)344-352)，其通過電荷自剝落制備的層狀硫化銦鋅以及溶劑熱法合成的石墨烯改性硫化銦鋅，在助催化劑Pt的作用下均具有較好的光催化產氫性能。但Pt是貴金屬，價格昂貴，商用價值較小。因此，為提高硫化銦鋅在光催化分解水產氫反應體系中的活性，我們需要尋找一種與Pt催化活性匹敵的助催化劑，同時兼顧價格低廉，實用價值高。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種2D/2D硫化銦鋅/MXene光催化異質結產氫材料的制備方法，由其制備的產氫材料的產氫性能及其穩定性優異，且成本較低，具有較好的應用前景。

一種2D/2D硫化銦鋅/MXene光催化異質結產氫材料，包括MXene以及負載于所述MXene上的硫化銦鋅納米片。

上述MXene是一種具有良好導電性的層狀結構材料，可有效地進行電荷轉移，將產生的光生電子快速遷移至表面參與水分解產氫反應。

MXene具有合適的費米能級可與硫化銦鋅之間形成肖特基能壘，有效的促進光生電子與空穴的分離。同時，MXene表面的羥基官能團可增大材料的親水性，提高對水的吸附能力。除此之外，MXene價格低廉，實用價值高。

基于上述MXene的優異特性，考慮到2D/2D結構在異質結界面充分的界面接觸，可有效促進光生電子的傳導，減弱光生電子-空穴的復合，本發明將MXene作為硫化銦鋅的載體和助催劑，設計了2D/2D硫化銦鋅/MXene光催化異質結產氫材料，顯著提高了單相硫化銦鋅光催化材料的光催化性能和穩定性，且成本低廉，具有較高的實用價值。

作為優選，所述MXene為Ti₃C₂T_x，其中，T_x為表示表面終止基團。