[发明专利]一种表面钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌光催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种表面钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌光催化剂及其制备方法和用途；钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌的制备方法分为两步，第一步为油浴法，第二步为研磨法；所述钨酸钴和四氧化三钴以固体粉末形式负载在硫化铟锌粉末颗粒表面；在可见光下，三乙醇胺作为空穴牺牲剂存在时，与空白硫化铟锌相比，由钨酸钴修饰后的硫化铟锌光催化剂催化分解水产氢催化效果显著提高，而钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌光催化剂催化效果进一步提高；本发明具有原料廉价易得、制备方法简单等优点，并且钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌光催化剂循环稳定性良好，可以重复利用。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及半导体光催化表面修饰方法，更具体的是提供了一种表面钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌光催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

从1970年代以来，持续恶化的环境污染以及能源短缺问题越来越受到人们重视。为了人类社会的可持续发展，开发绿色高效的环境修复以及能源再生技术是当务之急。作为可再生能源的太阳能具有清洁、高效等优点，是目前能够被开采和利用的最优能源之一。另一方面，氢能能量密度高、环境友好和可循环利用，是一种理想的能量载体。因此，利用太阳能驱动的半导体光催化分解水具有良好的应用前景，因此备受研究者的关注。

迄今为止，研究人员已开发出各种具有不同禁带宽度、导带电位和价带电位的半导体光催化剂。其中，三元硫化物硫化铟锌禁带宽度易调节，具有良好的可见光响应，同时其导带、价带电位适用于水的还原和氧化反应，使其成为光催化分解水产氢半导体材料的研究热点。

为了提高光催化效率，研究人员开发了各种策略来延长光生载流子的寿命，或者加速半导体的表面反应。延长光生载流子的寿命的一种策略是与其他半导体形成异质结，达到光生电子和空穴分离的目的。例如，硫化铟锌与CeO₂、LaNiO₃、Cu₃P材料复合，形成Z型电子转移从而抑制硫化铟锌光生电子空穴复合，即光照条件下，所复合的材料的导带电子转移到硫化铟锌的价带上，与其中的空穴复合，从而留下了具有还原能力的硫化铟锌电子和具有氧化能力的所复合材料的空穴。

此外，过渡金属及其化合物加速半导体的表面反应也能提高光催化分解水产氢效率。有研究发现钴单质纳米粒子能够作为电子陷阱，加速硫化铟锌的光生电子向其转移，并且催化水中的质子还原，从而加快硫化铟锌光催化分解水。此外，四氧化三钴纳米粒子能够作为空穴陷阱以及氧化水的催化活性位点，加快硫化铟锌光催化氧化水生成氧气。但是利用钨酸钴修饰硫化铟锌，以及钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌在光催化中的应用还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种表面钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌光催化剂及其制备方法和用途。

本发明首先提供了一种表面钨酸钴和四氧化三钴共同修饰的硫化铟锌光催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

1)将作为钴源前驱体的钴盐加入去离子水中，配制钴离子溶液；

2)将作为钨酸根离子前驱体的钨酸盐加入去离子水中，配制钨酸根离子溶液；

3)将步骤2)所得的钨酸根离子溶液加入到步骤1)所得的钴离子溶液中，或将步骤1)所得的钴离子溶液加入到步骤2)所得的钨酸根离子溶液中，其中钨酸根离子和钴离子的摩尔比为1-4:1,在避光的条件下搅拌1-3h h，得到悬浮液；

4)将步骤3)所得到的悬浮液加入到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，150-200℃加热反应10-15h，得到钨酸钴纳米颗粒粉末；

5)将步骤4)所得到的钨酸钴纳米颗粒粉末通过超声分散到去离子水中，并加入乙二醇，加入作为锌源、铟源和硫源前驱体的锌盐、铟盐和含硫化合物，其中锌盐、铟盐和含硫化合物的摩尔比为(0.4-3.1):(0.6-2.4):4；