[發明專利]一種空心分級異質結構三組分硫化物光電材料的制備和應用

有效

• 申請號: 202210197281.9
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114655978B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 高文華;彭靖俊;陳佳陽;鄭德論;林鎮彬;陳耀文
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;C01G11/02;C09K11/02;C09K11/62
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張澤思

本發明公開一種空心分級異質結構三組分硫化物光電材料的制備和應用，以配位聚合物Cd₃(C₃N₃S₃)₂材料作為一種自模板材料，通過一步溶劑熱合成法制備具有空心分級異質結構的三組分ZnIn₂S₄/CnIn₂S₄/CdS材料。具體為：(1)首先制備尺寸可以調節的八面體。(2)使用Zn(NO₃)₂·6H₂O，InCl₃·4H₂O和硫代乙酰胺作為ZnIn₂S₄組分的前驅體與自模版Cd₃(C₃N₃S₃)₂材料通過溶劑熱反應得到具有空心分級異質結構的三組分ZnIn₂S₄/CnIn₂S₄/CdS(ZIS/CIS/CdS?HHOC)。此制備方法省去了移除模板的繁瑣過程，極易操作，提供了一種制備具有優異光電轉換性能光電活性材料的方法。所制備的材料比表面積大，匹配的能帶結構與緊密接觸的界面、光利用率高以及薄的殼層和納米片，在光催化降解，CO₂還原、產氫、光合成、抗菌以及光電傳感領域具有極其廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于新型納米功能材料、光電化學領域，具體為一種空心分級異質結構三組分硫化物光電材料的制備和應用。

背景技術

光電化學是由電化學發展而來的一門充滿活力的學科，致力于探索光能轉化為電能以及電能與化學能的相互轉化。光電化學的工作原理是在將光化學與電化學相結合的基礎上研究物質分子或離子在基態或者激發態的氧化或還原反應情況、規律及應用，以此來實現物質能量轉換，能源利用以及分析檢測等目的的技術手段。光電化學反應過程主要就是指：光電活性材料在光的照射下能激發出電子(參與還原反應)和空穴(參與氧化反應)，產生的光生電子－空穴對被光活性材料/電解液結的電場所分離后與溶液中離子進行的氧化還原反應，具有綠色環保、環境友好、成本低、安全性高以及反應條件溫和等優點。由于光催化、PEC分解水和PEC生物傳感器等大多數光電化學體系都是建立在高活性的光生電子-空穴對基礎上的，因此具有優越光電轉換能力的光活性材料在光電化學體系中起著關鍵作用。至今為止，大量的研究人員致力于開發優異的光活性材料，并提出了使用過渡金屬硫族化合物、金屬有機骨架、過渡金屬碳化物/氮化物等材料來實現理想的PEC體系。硫化鎘(CdS)作為一種n型半導體和理想的光活性材料已經獲得了大量的研究，由于其強可見光吸收、高電子遷移率、合適的能帶結構驅動氧化還原反應和可調控的形貌。然而，塊狀結構或單組分結構的CdS遭受高光腐蝕和光激發電子-空穴對快速復合等固有缺陷的影響，導致光電活性受到限制。

近年來，具有不同中空分級結構的納米材料在PEC領域的基礎研究和實際應用中都引起了極大的關注。與塊狀結構材料相比，空心結構尤其是具有分級結構的納米材料具有許多獨特的特性。例如，內部的空洞結構提供了多重光散射效應，提高了集光效率，而外層的薄殼減小了電荷遷移和電荷定向分離的距離。另一方面，較大的比表面積為表面相關的光氧化還原反應提供了更多的活性位點。此外，在一個空心納米結構中摻入合理的組分，由于組分之間的協同特性，將有利于進一步提高光電轉化效率。然而，創建具有空心分級結構的納米材料通常要經歷冗長而復雜的合成步驟。特別是，由于缺乏有效的制備策略，將具有串聯能帶結構和緊密界面的雜化材料整合到一個空心框架中尚未得到充分的研究。

發明內容