[发明专利]一种碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，特别涉及一种碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

自从1972年Fujishima和Honda在TiO₂电极上实现了光电催化分解水产氢和产氧以来（A.Fujishima,K.Honda,Nature1972,238,37.），这种通过半导体光催化剂直接将太阳能转变为化学能的技术在环境和能源领域具有巨大的应用前景，受到了广泛的关注。

在太阳光中，紫外光所占比例较小，仅为4%，而可见光所占比例多达43%，因此在近几年里，人们越来越关注可见光响应的光催化剂的开发。最近报道的多组分光催化剂，例如(AgIn)_xZn_2(1-x)S₂，ZnS-CuInS₂-AgInS₂，ZnS-In₂S-Ag₂S，Cd_1-xZn_xS，ZnIn₂S₄，(CuIn)_xZn_2(1-x)S₂，ZnS-In₂S-CuS等，由于具有可见光响应、能带结构可控和化学性质稳定等特质，在可见光范围显示出了优异的光催化活性。其中，硫化铟锌（ZnIn₂S₄）因具有制备工艺简单、形貌可控、毒性小、结构稳定等优点，国内外很多研究小组对硫化铟锌光催化剂的制备和光催化性能展开了研究。典型的文献报道：Z.B.Lei,W.S.You,M.Y.Liu,G.H.Zhou,T.Takata,M.Hara,K.Domen,C.Li,Chem.Commun.2003,17,2142;Y.X.Li,K.Zhang,S.Q.Peng,G.X.Lu,S.B.Li,J.Mol.Catal.A2012（354）：363-364。然而，纯硫化铟锌的光催化活性较低，有必要对其表面进行改性。

研究发现，在半导体表面适量地沉积一些贵金属可以有效捕获光生电子，抑制光生电子-空穴对的复合，是改善半导体光催化剂性能的有效方法之一，但大多研究方法采用光还原法将贵金属沉积在半导体表面，所得到贵金属颗粒尺寸较大且分布不均匀，造成贵金属负载量大、催化剂制备成本较高的问题，不适合工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法，其在可见光（≥400nm）照射下可催化分解水产氢，催化活性高，催化产氢速率高达1mmol h^-1g^-1、且使用寿命长（长达50h以上）。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

该碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂，它包括六方相的硫化铟锌（ZnIn₂S₄）基体和负载在硫化铟锌基体上的表面被还原的碳量子点和贵金属颗粒，所述的硫化铟锌基体为牡丹花状结构，粒径为0.1-10μm，BET比表面积为10-200m²/g，所述的碳量子点和贵金属颗粒的粒径为1-10nm，所述贵金属为金、铂、银或钯中的一种或几种的混合物。

按上述方案，所述复合光催化剂中碳量子点的负载量即碳量子点和硫化铟锌基体的质量比为0.1-47.2%，优选为1-5%，所述复合光催化剂中贵金属的质量与碳量子点和硫化铟锌两者质量之和的质量比为0.1-25%,优选为0.2-0.8%。

上述碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）制备还原碳量子点和硫化铟锌的复合物：将无机锌盐、无机铟盐、含硫有机物溶于溶剂中配成盐溶液，然后将盐溶液与含碳量子点的分散液混合均匀，置于微波水热合成仪中，于80-240℃微波水热处理0.5-5h，后处理得到还原碳量子点和六方相硫化铟锌的复合物；

（2）制备碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂：将步骤（1）所得还原碳量子点和六方相硫化铟锌的复合物分散于水中，形成复合物浓度为0.01-0.1g/mL的分散液，然后向其中加入贵金属前驱体溶液，混合均匀后再加入强还原剂，搅拌反应，后处理得到碳量子点、贵金属和硫化铟锌复合光催化剂。