[發(fā)明專利]一種含有S空位的Z型異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110987035.9
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113856671B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏盛杰;張冠華;倪哲明;謝波
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J27/04;B01J35/00;C01C1/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

一種含有S空位的BiVO₄/S_V?ZnIn₂S₄Z型異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法：將甘油加入pH＝2～2.5的HCl水溶液中，攪拌10～20min，得到溶液A；在所得溶液A中加入ZnCl₂、InCl₃·4H₂O、硫代乙酰胺和BiVO₄，超聲15～30min，再攪拌10～20min，得到溶液B；將所得溶液B在80～85℃下攪拌反應(yīng)120～150min，之后經(jīng)離心，洗滌，干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物；本發(fā)明制備方法簡單，只需要簡單的水熱合成，合成的BiVO₄/S_V?ZnIn₂S₄比純相BiVO₄和純相ZnIn₂S₄表現(xiàn)出更高的光吸收性能和載流子分離效率，并表現(xiàn)出高效的光催化合成氨活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含有S空位的BiVO₄/S_V-ZnIn₂S₄?Z型異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

氨(NH₃)作為世界上最大的工業(yè)合成化學(xué)品之一，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化工和醫(yī)藥等領(lǐng)域。目前工業(yè)合成氨完全依賴于高耗能的Haber-Bosch工藝。由于N₂分子的天然惰性，Haber-Bosch工藝需要在高溫(400-600℃)、高壓(20-40MPa)的苛刻條件下進(jìn)行反應(yīng)。而光催化合成氨技術(shù)有望成為替代Haber-Bosch工藝的新方法。這是因為該方法利用取之不盡的太陽能和水為氨的合成提供能量。然而，本征光催化劑因其高的載流子復(fù)合效率往往表現(xiàn)出較差的合成氨活性。對此，我們需要對本征光催化劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎椄男裕缘玫礁嗟墓馍娮訁⑴c合成氨反應(yīng)。大量研究表明，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)是一種有效提高本征半導(dǎo)體載流子分離效率、生成更多光生電子的方法。尤其是Z型異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在產(chǎn)生大量光生載流子的同時，還會最大限度地提高異質(zhì)結(jié)體系的氧化/還原電位，保證了反應(yīng)熱力學(xué)的先決條件，這也是其他類型異質(zhì)結(jié)所不具備的特質(zhì)。

然而，目前已有Z型異質(zhì)結(jié)光催化合成氨的相關(guān)報道，但是其氨合成的活性仍然很低。其根本原因是Z型異質(zhì)結(jié)中的光生電子注入到N₂分子的效率非常低。因此，解決這一瓶頸的關(guān)鍵在于如何在Z型異質(zhì)結(jié)催化劑的活性組分表面構(gòu)筑大量有效的活性位點(diǎn)，在異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)和N₂還原反應(yīng)系統(tǒng)之間建立有效的電子轉(zhuǎn)移橋梁，將Z型異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生的大量光生電子有效地輸送到N₂還原反應(yīng)。大量研究報道，缺陷工程是一種增加催化劑表面活性位點(diǎn)非常有效的手段。研究者們己經(jīng)開發(fā)出了大量含缺陷的光催化材料用于光催化合成氨反應(yīng)，如含氧缺陷的Bi₅O₇Br和TiO₂，含S缺陷的Zn_0.1Sn_0.1Cd_0.8S和MoS₂。以上研究發(fā)現(xiàn)，缺陷位不僅可以有效吸附N₂分子，同時還能促進(jìn)光生電子從催化劑向N₂分子的轉(zhuǎn)移。

因此，若在Z型異質(zhì)結(jié)中活性組分中構(gòu)建空位，也就是說將空位作為電子轉(zhuǎn)移的橋梁，可有效提升光生電子從催化劑表面向N₂分子的注入，從而提高光催化合成氨的活性。在該體系中，Z型異質(zhì)結(jié)為N₂還原提供驅(qū)動力，即產(chǎn)生大量的光生電子；而空位為光生電子向N₂注入提供通道。

發(fā)明內(nèi)容