[发明专利]一种光催化剂的固溶体纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，尤其是涉及一种光催化剂的固溶体纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

近几十年来，随着全球能源需求的持续增长，寻找新能源的研究越来越受到人们的关注。氢能，它作为二次能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，因此受到了各国的高度重视。工业制氢通常采用天燃气蒸汽转化过程等不环保经济的方法。光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO₂单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。此后，人们越来越关注制备新型的光催化剂，兴起了以光催化方法分解水制氢(简称光解水)的研究，并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展，并相继得到一些可见光响应的光催化剂，如CaTiO₃，SrTiO₃，PbWO₄，β-Ge₃N₄，La-doped NaTaO₃，Zndoped In(OH)_yS_z，BiTa_1-xCu_xO₄(x＝0.00～0.04)固溶体等，但这些光催化剂通常需要在光催化反应过程中加入共催化剂，如Pt，NiO₂，RuO₂，来提供更多的活性部位，以达到提高光催化性能的效果。

ZnS作为一种重要的II-VI型半导体，被广泛研究，并有研究证明其可作为光解水制氢的光催化剂，通过光照含有光牺牲剂SO₃^2-和S^2-的水溶液，产生氢气。但是ZnS的禁带宽度约为3.7eV，使其只可利用太阳光中的紫外光，紫外光只占太阳光的3％-5％，这很大程度上限制了其在光催化方面的广泛应用，因此如何改性使其具有可见光活性，从而能够利用太阳光具有重要意义。一种方法，通过元素掺杂能减小ZnS带隙，从而获得显著的可见光催化活性。另外，通过将ZnS与另一种窄带隙材料CuInS₂结合形成(CuIn)_xZn_2(1-x)S₂固溶体也可以使其具有可见光活性，从而更好的利用太阳光进行光催化反应。目前已有的制备方法得到的(CuIn)_xZn_2(1-x)S₂固溶体，通常也需要在光催化反应过程中加入共催化剂，如pt，NiO₂，RuO₂，来提供更多的活性部位，以提高(CuIn)_xZn_2(1-x)S₂固溶体的光催化活性，这可能与其得到的材料颗粒尺寸不够小，比表面积不够大等因素有关。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以得到很好的产氢效果的光催化剂的固溶体纳米颗粒及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光催化剂的固溶体纳米颗粒，该纳米颗粒的化学式为：(CuIn)_xZn_2(1-x)S₂，其中0＜X＜1；X射线衍射谱图中衍射峰位置随着X值的变化显示制得的产物物相逐渐从ZnS过渡到CuInS₂，不是两者的混合相。

所述的纳米颗粒的粒径为9～11纳米；比表面积为22.8m²·g^-1～133.4m²·g^-1。

材料的能带宽度和光吸收范围随x的变化而变化。

光催化剂的固溶体纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)化学反应液的制备：将铜盐、铟盐、锌盐、油胺、硫源混合溶于溶剂中，制备反应液；其中锌盐的浓度为0.02～0.1mol·l^-1，铜盐的浓度为锌盐的0.01～1倍；铟盐与铜盐的摩尔比为1∶1、油胺为锌盐物质的量的1～10倍；硫源为锌盐物质量的10倍；