[发明专利]一种光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种光催化剂及其制备方法与应用，属于半导体光催化分解水制氢技术领域，包括以下步骤：S1：制备ZnO纳米颗粒，S2：制备ZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;纳米片，S3：制备AZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;/BZnO异质结纳米材料，采用一步水热合成法，称取氯化锌、四水合三氯化铟和硫代乙酰溶解到乙二醇中，持续超声25‑40分钟，形成混合液，将步骤S1制备好的ZnO纳米颗粒分散在该步骤的混合液中，在室温条件下超声25‑40分钟，然后转移到聚四氟乙烯内衬的高压釜中，以100℃‑130℃的温度加热1.5‑3小时，获得沉淀，然后将该步骤的沉淀离心、洗涤、分离后，真空干燥10‑14小时，得到AZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;/BZnO异质结纳米材料，作为光催化剂，通过水热方法合成ZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;/ZnO异质结，形成光催化性能高的光催化剂。

技术领域

本发明属于半导体光催化分解水制氢技术领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

目前，环境污染与能源危机已经成为严重威胁人类生存以及影响人类可持续发展的两个主要问题。光催化技术成为了环境修复与解决能源问题的潜在选择。在可再生能源中，氢能源凭借清洁、可持续性、较高的燃烧热值、高能量密度等诸多优点为未来新能源生产提供了潜在的机会来应对能源挑战。由于地球上具有丰富的太阳能和水资源，太阳光催化水分解产生高纯绿色氢气被认为是一种将太阳能转化为清洁可持续化学能源的一种具有经济前景的有效途径。

金属硫化物因其在可见光区域的强吸收以及独特的光电和催化性能而被认为是很好的候选材料之一。其中，硫化锌铟(ZnIn₂S₄)是一种典型的三元硫族化合物，因其在可见光区域有合适的光吸收(带隙2.2eV-2.8eV)，优异的光电化学稳定性和光催化性能而受到众多研究者的青睐。因此，ZnIn₂S₄在可见光照射下被作为光催化剂用于析氢反应。然而，ZnIn₂S₄也表现出光生载流子复合率高以及载流子氧化还原能力不强、迁移能力低，阻碍了光生载流子(e^-和h⁺)的有效分离，严重限制了纯ZnIn₂S₄的光催化活性。因而，采取适当的改性策略是提高ZnIn₂S₄光催化制氢能力的关键。

在众多金属氧化物半导体材料中，氧化锌(ZnO)以其储量丰富、成本低、无毒、氧化还原能力强、物理化学稳定性好等优点成为了目前研究和应用最多且最具有发展前景的纳米半导体材料之一。然而，具有纤锌矿结构的ZnO禁带宽度大，Eg约为3.37eV，只能吸收太阳能的紫外光，使得占太阳能40％-50％的可见光波段利用率较低，并且，单个的ZnO光催化剂光生载流子重组快，严重降低了太阳能的利用与光催化效率。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出以下技术方案：