[發明專利]一種基于晶格畸變的異質結光催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011484312.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112588300A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李華明;楊金曼;許暉;朱興旺;佘小杰
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J23/08;B01J35/10;B01J37/34;B01J37/08;B01J37/10;C01B32/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于晶格畸變的In₂O₃/In₂S₃異質結光催化劑及其制備方法和應用，屬于光催化技術領域。本發明以金屬有機框架為前驅體，為中空納米管結構的構筑提供了保障，同時將高溫煅燒法與原位硫化法相結合，制備了接觸緊密的異質結構材料。此外，在制備過程中，在異質界面處誘導晶格畸變的產生，并成功引入了氧缺陷。異質結的構筑促進了電子的傳輸，晶格畸變的形成豐富了反應活性位，氧缺陷的引入提升了電子在材料表面的富集。活性測試表明該晶格畸變的異質結材料具有優異的光催化CO₂還原性能和良好的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種基于晶格畸變的In₂O₃/In₂S₃異質結光催化劑及其制備方法和應用，屬于光催化技術領域。

背景技術

隨著人類社會的不斷進步，工業化也隨之迅猛發展，因此能源需求不斷增加，導致能源危機問題日益嚴重。同時，化石燃料燃燒伴隨著不可避免的CO₂大量排放，導致溫室效應日益顯著，環境污染問題亟待解決。解決這一問題的關鍵是CO₂的處理,目前較為常見的處理方法有吸附儲存法，精餾與膜分離法和催化轉化法，其中前兩種方法不能解決根本問題。催化轉化技術中，光催化CO₂還原技術因其綠色環保，以自然界中取之不盡的太陽光能為能量驅動，且可以生成高密度的化學能而成為最具潛力的技術之一。

光催化技術最為關鍵的步驟在于高效光催化劑的設計合成，傳統的半導體材料通常存在可見光利用率低、光生載流子易復合以及穩定性差等缺點，因此材料的改性顯得尤為重要。近年來缺陷工程越來越受到研究者們的廣泛關注，缺陷的構筑不僅可以為催化反應提供更豐富的活性位，而且可以引入缺陷能級來抑制光生載流子的復合，同時研究已經證實缺陷位點具有富集電子的能力，因此引入缺陷于傳統半導體材料中是提升材料光催化性能的理想手段。此外，異質結的構筑不僅可以拓展材料的光吸收范圍，提升材料的光利用率，而且通過能級匹配作用可以為電子傳輸提供高速功率從而提升反應動力學。目前，新型光催化材料的設計合成仍然有較長的一段路要走。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于晶格畸變的In₂O₃/In₂S₃異質結光催化劑及其制備方法和應用，該方法以金屬有機框架為前驅體，為中空納米管結構的構筑提供了保障，同時將高溫煅燒法與原位硫化法相結合，制備了接觸緊密的異質結構材料。此外，在制備過程中，在異質界面處誘導晶格畸變的產生，并成功引入了氧缺陷。異質結的構筑促進了電子的傳輸，晶格畸變的形成豐富了反應活性位，氧缺陷的引入提升了電子在材料表面的富集。活性測試表明該晶格畸變的異質結材料具有優異的光催化CO₂還原性能和良好的穩定性。

本發明的具體技術方案如下：

1.一種基于晶格畸變的In₂O₃/In₂S₃異質結光催化劑的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)稱取硝酸銦和對苯二甲酸加入到N,N二甲基甲酰胺中，通過超聲混合均勻置于油浴鍋中反應。

(2)待步驟(1)中反應后得到的溶液自然冷卻至室溫，離心收集，用N,N二甲基甲酰胺和去離子水分別洗滌數次，置于真空干燥箱中干燥后得到金屬有機框架MIL-68。

(3)稱取MIL-68置于方舟中，在空氣氣氛中，依次進行一階段煅燒和二階段煅燒，冷卻后最終得到In₂O₃中空納米管，將In₂O₃中空納米管加入到去離子水中得到In₂O₃水溶液。