[发明专利]一种超薄ZnIn2

说明书

本发明涉及一种超薄ZnIn₂S₄纳米片光触媒材料及其制备方法和应用，所述制备方法通过低温回流和超声剥离制备得到超薄ZnIn₂S₄纳米片。本发明中所提供的超薄纳米片光触媒材料，可以有效增加反应活性位点，并缩短光生电子和空穴的迁移距离，提高光催化杀菌效率。本发明材料还具有良好的可见光吸收性能，在可见光照射下可在5‑20分钟内100％杀灭大肠杆菌、金色葡萄球菌、耐药性金色葡萄球菌。本发明光催化剂的制备方法无需特殊设备，工艺简单，可控性强，可轻易实现规模化生产，具有实用价值。

技术领域

本发明涉及光触媒材料技术领域，具体地说，涉及一种超薄ZnIn₂S₄纳米片光触媒材料及其制备方法和应用。

背景技术

2019年冠状病毒病(COVID-19)的爆发再次警告我们，致病细菌(例如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌)和病毒(例如猪流感H1N1和人类冠状病毒)等病原微生物对公众健康有着严重的威胁。传统的消毒方法，如臭氧、紫外线照射、氯化、抗菌剂等，消耗大量能源而且有许多副作用(有毒副产物、抗生素抗性等)，从长期可持续性的角度来看是不利的。

相比之下，光催化消毒技术因其绿色、安全和长期有效而被认为是替代传统消毒技术的一种有前景的技术。光催化消毒一般是在光的照射下，半导体材料产生中产生许多对微生物致命的活性氧(ROS)(^·O₂^-、^·OH和¹O₂等)。这些活性氧与细菌接触后会首先破坏细胞壁层，导致一些小分子的泄漏，使ROS 可以进一步渗透进入细胞内部，破坏内部成分，从而使细菌完全失活。

早在19世纪80年代就报道了光催化消毒现象，但由于大多数半导体光催化剂的带隙较宽，通常只有在紫外光下才能实现杀菌，这极大地限制了光催化消毒技术的实际效用，因为紫外光只共占太阳光照的不到5％，对于室内照明来说可以忽略不计。因此，用于实际消毒应用的理想半导体是那些对可见光敏感的半导体。除了可见光响应外，这些半导体还由地球上含量丰富的元素组成，价格低廉，并且具有良好的生物安全性。因此，强烈需要开发能够满足所有这些标准的新型半导体光催化剂。

金属硫化物由于其合适的导带(CB)位置、相对窄的带隙和相对良好的化学稳定性，被证明是可以对可见光做出响应的优异光催化材料。特别是三元硫属化物ZnIn₂S₄，由于它的光学特性和可见光响应性能被研究人员认为是一颗冉冉升起的新星。与其他三元金属硫属化物相比，ZnIn₂S₄的制备工艺简单，还具有CdS、CuS、ZnS等传统金属硫化物的优点，但毒性比CdS小，带隙比 ZnS窄。参阅ACS Applied Materials Interfaces，2015年，第7期，16440-16449 页。独特的性能赋予了ZnIn₂S₄在光催化应用中的巨大潜力，例如用于水分解制氢、污染物降解和选择性有机物转化等。然而，对于普通的ZnIn₂S₄，仍然存在一些需要解决的重大问题，限制了其在实际应用中的性能。例如，催化剂的光活性取决于其产生光生电子-空穴对的能力，然而，低分离效率和较差的电子传输能力抑制了光生电子-空穴对的有效分离，导致普通块状ZnIn₂S₄的光催化活性较差，因此需要有效的策略来提升ZnIn₂S₄的光催化性能。