[发明专利]一种在低温下制备ZnIn2S4可见光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光催化剂的制备方法，具体是一种在30℃-80℃的低温下制备ZnIn₂S₄可见光催化剂的方法。

背景技术

在全世界生产的化学品中，大部分是由合成纺织染料和其他工业染料构成，而在所有这些染料中，偶氮染料和荧光酮染料又是重要的两个组成部分。众所周知，一些偶氮染料(例如甲基橙)和荧光酮染料(例如若丹明B)具有高致癌性。因此，随着国际环境标准要求的日益严格，亟需高效降解这些染料的关键技术。目前，多相光催化氧化技术被广泛地用于降解废水中的可溶性染料。按照可利用光源划分，多相光催化氧化技术大体可分为两种，一种以紫外光为光源(如以TiO₂基为代表的光催化剂)；另一种是以可见光为光源(如以三元硫属ABxCY为代表的光催化剂-其中A为Cu，Ag，Zn，Cd；B为Al，Ga，In；C为S，Se，Te；X和Y为常数)。

在以可见光为光源的多相光催化氧化技术中，ZnIn₂S₄作为一种重要的三元硫属化合物半导体催化剂，因其具有独特的光电性能和催化特性，被广泛用于热电材料、光电器件材料、电荷储存及光解水催化等领域。

一些学者利用不同的方法制备出具有纳米结构或微球形状的ZnIn₂S₄，并将其用于光解水制氢(Lei Z B，You W S，Liu M Y，et al.Chem.Commun.2003，2142-2143；Shen S H，Zhao L，Guo L J.Int.J.Hydrogen Energy.2008，33，4501-4510；Li M T，Su J Z，Guo L J.International Journal of Hydrogen Energy.2008，33，2891-2896)、降解染料(Hu X L，Yu J C，Gong J M，et al.Crystal Growth Des.2007，7，2444-2448；Fang F，Chen L，Chen Y B，et al.J.Phys.Chem.C.2010，114，2393-2397)、杀菌(Yu H T，Quan X，Zhang Y B，et al.Langmuir.2008，24，7599-7604)等领域。但纵观已有的公开文献，其制备ZnIn₂S₄所需的最低合成温度为80℃，溶剂常常选用有机溶剂，同时还需加入其它的模板剂或表面活性剂。

发明内容

本发明采用原位一锅法，在30℃-80℃温度范围内，水热合成出ZnIn₂S₄可见光催化剂，溶剂为去离子水，不加其他任何的有机溶剂、模板剂或表面活性剂，并且大大提高了其在可见光照射下降解染料的催化活性。

本发明所述的ZnIn₂S₄可见光催化剂为六方相晶体结构，呈微球状或不规则状，粒径为10um-100um。

本发明的具体步骤如下：

将锌盐、铟盐和硫源按摩尔比1∶2∶4～8的比例加入到去离子水中，充分搅拌至溶液混匀后，将溶液密封于自升压不锈钢反应釜中；在30℃～80℃温度条件下进行水热反应6～24h，水热反应结束后自然冷却到10～30℃，离心分离，沉淀物分别用无水乙醇和去离子水清洗；在低于反应温度条件下(10℃～70℃)干燥沉淀物12～24h后，得到ZnIn₂S₄可见光催化剂粉末；

所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、醋酸锌、硫酸锌、草酸锌或其他二价锌盐，优选硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O；所述的铟盐为硝酸铟、氯化铟或其他三价铟盐，优选硝酸铟In(NO₃)₃·4.5H₂O；所述的硫源为硫脲、硫代乙酰胺，优选硫代乙酰胺；

所述的锌盐、铟盐及硫源等溶质的总质量与去离子水的质量比为1～5∶10～500。

本发明的效果和益处是，在较低的30℃-80℃条件下，只用去离子水为溶剂，不加入任何其他的溶剂、表面活性剂或模板剂，采用原位一锅法合成了ZnIn₂S₄可见光催化剂。该方法只消耗电能，反应条件非常温和(30℃-80℃)，设备和工艺简单，易于实现。所制备材料在光催化、太阳能电池和降解废水等领域有很好的工业应用前景。