[发明专利]一种2D/2D g-C

说明书

本发明公开一种2D/2D g‑C₃N₄/ZnIn₂S₄异质结复合光催化剂的制备方法。首先采用柠檬酸钠对ZnIn₂S₄光催化剂进行改性，寻找最佳的使用量。然后对g‑C₃N₄光催化剂进一步优化。通过在g‑C₃N₄纳米片表面原位生长一层ZnIn₂S₄纳米片，制备了2D/2D g‑C₃N₄/ZnIn₂S₄复合光催化剂。本发明制备方法简单，原材料易得，反应条件适中。所制备的g‑C₃N₄/ZnIn₂S₄二维复合光催化材料具有高效光催化产氢活性，产氢速率达到了3.4mmol/h/g，比单一的g‑C₃N₄产氢速率提高了180％。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种2D/2D g-C₃N₄/ZnIn₂S₄异质结复合光催化剂的制备方法。

背景技术

能源与环境，一直是备受瞩目的全球性问题。煤、石油等传统化石能源是目前全球消耗的主要能源。但一方面由于气候变化、自然灾害和一些社会原因导致能源生产增长缓慢；另一方面，人口的迅速增长以及世界经济的持续发展，特别是新兴经济体的迅速增长，导致能源消耗剧增。石油的消耗速度是自然生产石油速度的10万倍，现有的化石能源储存量已经跟不上世界经济发展的脚步。更严重的问题是，化石能源的大量消耗所引起的空气污染、水体污染、全球变暖等环境问题，直接威胁着人类的生存。因此开发绿色、安全的新能源迫在眉睫。

光催化技术就是以太阳光或模拟光源为能量来源，半导光受光能激发，作为催化剂，催化化学反应的完成，即半导体光催化材料在太阳光的激发下完成特定的氧化还原反应。根据固体能带理论，半导体的能带是不连续的，其能带分为导带(CB)和价带(VB)，价带上充满电子，导带上是空的，导带底部和价带顶部之间被称为带隙或禁带宽度(Eg)。当入射光的能量大于等于带隙能量时，价带的电子(e-)吸收入射光能量，跃迁到导带，同时在价带上产生相同数量的空穴(h+)，形成电子-空穴对。导带上的电子具有较强的还原性，可以作为还原剂，进行还原反应；价带上的空穴具有较强的氧化性，作为氧化剂，进行氧化反应。被吸收的能量通过激发电子跃迁被储藏在半导体中，之后，通过一系列化学反应转化成化学能。

g-C₃N₄在分解水方面的应用上被认为是一种理想材料，因为它具有以下优点：⑴能量带隙约为2.7eV，它的吸收光谱大约在460nm的可见光范围内，能有效利用太阳光，而且2.7eV的带隙能量足够使电子发生受激跃迁。g-C₃N₄的价带和导带位置的电位都在水的氧化还原电位之上，因此，光生电子被充分还原，将水还原成H₂，光生空穴具有足够的氧化还原能力氧化水放出O₂。g-C₃N₄的化学稳定性很好，在600℃下都能保证其结构的稳定。g-C₃N₄具有特定的微观结构，表面有一定的缺陷，缺陷位的原子可作为反应的活性位点或者金属的附着位点。而且g-C₃N₄这种材料成本低廉，绿色环保，可以光催化完全分解水。但是，纯g-C₃N₄还是存在一定的不足，它的光生载流子的复合率高，因而限制了它的光催化活性，因此，有必要对g-C₃N₄进行一定的改性。