[发明专利]MXene量子点敏化聚二烯丙基二甲基氯化铵修饰的硫化铟锌光催化剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了MXene量子点敏化聚二烯丙基二甲基氯化铵修饰的硫化铟锌光催化剂及其制备和应用，其中PDDA表面修饰改性的ZnIn₂S₄纳米片（ZnIn₂S₄/PDDA）拥有正电荷表面，MQDs表面带负电荷触发静电自组装，以构建具有单向联级电荷传输链的ZnIn₂S₄/PDDA/MQDs异质结构光催化剂。本发明在可见光激发下还原取代对硝基苯胺，具有高催化效率。该复合光催化材料在异质结光催化材料的制备技术领域和有机转变领域具有广泛地实用价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及一种MQDs/PDDA修饰的ZnIn₂S₄光催化剂的制备和光催化还原对硝基苯胺的应用，属于复合材料、光催化技术以及环境和能源的可持续发展领域。

背景技术

过渡金属硫化物属于半导体光催化剂的重要子类，可在温和条件下促进多种有价值的氧化还原反应。金属硫化物的一个显着优点是它们的带隙比金属氧化物要小，这又确保了它们中的许多可以直接利用可见光。三元金属硫化物ZnIn₂S₄具有较小的带隙、合适的能带结构、独特的光电性质、优良的光化学稳定性及制备工艺简单等优势，在可见光催化分解水制氢和可见光催化选择性氧化还原的研究领域里受到了人们的高度关注。就目前的研究报道而言，虽然ZnIn₂S₄的可见光催化分解水制氢和可见光催化选择性氧化还原的稳定性很高，但光催化的活性还不是很高，达不到实际应用的水平。为了进一步提高ZnIn₂S₄的光催化性能，必须对其改性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化活性高、流程简单、环境友好、成本低廉，MQDs/PDDA修饰的ZnIn₂S₄光催化剂的制备方法及其应用，制备的MQDs/PDDA修饰的ZnIn₂S₄光催化剂具有在可见光照射下光催化还原对硝基苯胺及其衍生物且循环稳定性优异的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

制备如上所述的ZnIn₂S₄/PDDA/MQDs异质结构光催化剂的方法，包括以下步骤：

（1）ZnIn₂S₄纳米片的制备：将Zn(CH₃COO)₂·2H₂O和InCl₃加入去离子水搅拌30分钟。随后，过量的硫代乙酰胺添加到上述溶液中搅拌30分钟。然后将混合溶液加热到95℃，持续5小时并剧烈搅拌。冷却至室温后，离心收集橙色沉淀，并用去离子水洗涤数次，得到ZnIn₂S₄纳米片，简记为ZIS。

（2）MQDs胶体溶液的制备：将Ti₃AlC₂粉末浸入氢氟酸中，在60℃持续搅拌20小时。然后用去离子水洗涤数次得到的粉末，并以3500 rpm的转速离心10分钟以回收粉末颗粒，并在60℃真空环境下烘干粉末。随后将所得粉末置于去离子水中，在氮气保护的环境下，超声30分钟。用氨水将混合溶液的pH调节在9左右，随后将混合溶液转入高压釜中以120℃进行6小时的水热反应。最后，MQDs胶体溶液通过220nm的滤膜过滤得到（25ppm pH=9）。