[发明专利]一种可见光响应型光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，特别涉及可见光响应型光催化剂及其制备方法。

背景技术

自从1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO₂单晶电极上发现了水的光解现象以来，光催化反应在环境治理和能源开发方面得到了普遍的关注。它可以将低密度的太阳能转化为高密度的化学能、电能，同时可以直接利用低密度的太阳能分解水制氢，降解和矿化水和空气中的各种有机污染物，甚至还原重金属离子。该技术具有在室温下反应、可直接利用太阳能、无二次污染等优点，对于从根本上解决环境污染和能源短缺问题具有不可估量的意义。

在众多的半导体光催化剂中，TiO₂以其化学稳定性好、光催化活性较高、无毒、成本低等优点而备受人们的青睐，是目前使用最广泛的光催化材料。但是TiO₂的能带结构决定了光催化技术在推广过程中存在着局限性。TiO₂的带隙较宽(如锐钛矿结构3.2eV)，光谱响应范围较窄，只能利用太阳能中不到5%的紫外光，而不能吸收太阳能中占43%的可见光。因此为了有效地利用太阳能，同时满足室内无紫外环境光催化净化的需求，寻找可见光响应的光催化剂势在必行。

硫化物可以看作是晶格中的氧原子被硫原子取代的结果。根据半导体能带理论，半导体材料的导带能级主要取决于金属的d或者s轨道能级，而价带能级主要与非金属的p轨道能级有关。由于S的3p轨道能级比O的2p轨道能级高，因此硫化物比相应的氧化物具有更窄的禁带宽度。在硫化物光催化中，最有代表性的是CdS，其禁带宽度为2.2eV，在可见光下具有很高的光催化活性。但由于CdS在光照过程中容易发生光腐蚀，因而表现得不稳定，随光照时间的延长，催化活性逐渐降低。因此寻找在可见光区有强吸收同时结构稳定的硫化物成为人们研究新型光催化剂的一个重要方向。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种可见光响应型光催化剂，其结构及催化活性稳定性高，能够高效利用可见光。

本发明提供了一种可见光响应型光催化剂，其化学式为CaIn₂S₄。

优选的，所述光催化剂为纳米级粉体。

本发明提供了一种可见光响应型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（A）将可溶性钙盐、可溶性铟盐、硫代乙酰胺和去离子水充分混合，得到混合溶液；

（B）将步骤（A）所述混合溶液在加热的条件下进行水热反应，过滤干燥后，得到粉体；

（C）在隔绝氧气条件下，将步骤（B）所述粉体进行加热处理，保温后，得到可见光响应型光催化剂。

优选的，所述步骤（A）中，所述可溶性钙盐和可溶性铟盐的摩尔比为1:2。

优选的，所述步骤（A）中，所述可溶性铟盐与硫代乙酰胺的摩尔比为1:4。

优选的，所述步骤（A）中，所述可溶性钙盐为硝酸钙。

优选的，所述步骤（A）中，所述可溶性铟盐为硝酸铟。

优选的，所述步骤（B）中，所述加热温度为140~200℃，所述反应时间为1~48h。

优选的，所述步骤（C）中，所述加热处理具体为：

将步骤（B）所述的粉体以2~5℃/分钟的速度升温至400~800℃。

优选的，所述步骤（C）中，所述保温时间为1~24h。

与现有技术相比，本发明将可溶性钙盐、可溶性铟盐和硫代乙酰胺与去离子水混合，进行水热反应，过滤干燥后得到粉体；将粉体进行加热处理和保温，得到一种化学式为CaIn₂S₄的可见光响应型光催化剂。实验结果表明，本发明制备的可见光响应型光催化剂在可见光波段具有强吸光能力，可以充分吸收400~600nm的可见光，吸收带一直延伸到700nm之外，并且在可见光条件下可有效降解有机染料。其结构及催化稳定性高，随光照时间的延长，其结构没有变化而且催化活性依然能够保持较高水平，持续光照500分钟，其对亚甲基蓝的降解效率达依然可以达到90%以上。另外，由于本发明采用了水热反应的方法，原料可以达到分子水平的均匀混合，合成温度低，杂质含量低，不需要长时间研磨，制备工艺简单，时间短，费用低。

附图说明

图1为实施例1制备的可见光响应型光催化剂的在催化反应前后的X射线衍射图谱；

图2为实施例2制备的可见光响应型光催化剂在可见光下降解亚甲基蓝的活性效果图；