[发明专利]一种产氢光催化剂MoS2/ZnIn2S4及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机化学及光催化领域，具体涉及到一种产氢光催化剂MoS₂/ZnIn₂S₄及其制备方法和应用。

背景技术

进入21世纪，能源危机和环境污染成为全球面临的两个非常严峻的问题。一方面，在过去 20 年里全世界能源消耗增长了50 % ，据预测，以目前的消耗速度，即使是地球储量较丰富的煤炭资源在未来200年内也将消耗殆尽。另一方面，煤、石油、天然气为主的化石资源的燃烧所释放的CO₂、SO₂等有害气体又带来了“温室效应”、酸雨等诸多环境污染问题。因此，为了实现人类的可持续发展，开发清洁的可再生能源已迫在眉睫。如何开发新型、清洁的能源以及有效地治理环境污染，引起世界各国科学家们的广泛关注。氢是一种具有高燃烧值、高效率和清洁的能源。但是，目前氢能的生产还主要是依靠煤、天然气的重整来获得，这必然会加剧非可再生能源的消耗并且带来环境污染问题。因此，以水、生物质等可再生物资为原料，利用太阳能制氢则是从根本上解决能源及环境污染问题的理想途径之一。利用太阳能制氢的可能途径包括太阳能发电与电解水制氢，太阳能高温集热分解水、重整生物质制氢，光生物制氢及光催化制氢等。其中，利用太阳能光催化分解水制氢被称为“21世纪梦的技术”,受到了国内外科学家的高度关注。

近年来发展起来的半导体光催化技术，因其反应条件温和，无二次污染，以及利用太阳光为驱动力，在新能源的开发和有机污染物降解方面发挥了巨大的作用。然而，传统的以TiO₂为代表的光催化剂由于其带隙较宽，只能利用太阳光中仅5%的紫外光部分，严重制约了光催化技术的应用。开发高效的可见光催化剂已成为目前光催化领域的研究热点。三元硫化物因其禁带宽度较窄，在可见光区有较强吸收，作为一类新型的光催化材料，在光解水和降解有机污染物方面得到了广泛的研究。然而，由于硫属化合物存在严重的光腐蚀，限制了其广泛的应用。因此，如何克服这些缺点，已成为各国科学家们研究的热点。

为了解决这些问题，目前常用的方法是半导体上负载贵金属Pt，然而Pt是一种稀有并且昂贵的金属，存在成本高，生产工艺复杂等不足。今年来，采用非贵金属取代Pt作为助催化剂在光催化产氢性能方面的研究取得了一定的进展。因此开发具有高效，生产工艺简单的非贵金属负载型的复合光催化剂对推广光催化技术的应用有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产氢光催化剂MoS₂/ZnIn₂S₄及其制备方法和应用，以非贵金属MoS₂作为助催化剂负载于ZnIn₂S₄上的非TiO₂的复合光催化剂，将其应用于光催化产氢体系；产氢速率可达3120 umol·h^-1·g^-1（1.2wt% MoS₂/ZIS）。本发明得到的复合光催化剂具有高效的光催化产氢效果，制备方法简便易行，有利于大规模的工业推广。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种产氢光催化剂MoS₂/ZnIn₂S₄，是一种以非贵金属MoS₂作为助催化剂负载于ZnIn₂S₄上的非TiO₂的复合光催化剂，其化学式为MoS₂/ZnIn₂S₄。

一种制备如上所述的产氢光催化剂MoS₂/ZnIn₂S₄的方法，采用简单的水热法制备ZnIn₂S₄后，再用浸渍法制备MoS₂负载于ZnIn₂S₄上。包括以下步骤：

（1）制备ZnIn₂S₄：分别将摩尔比为1：2：2的ZnCl₂、InCl₃·4H₂O和硫代乙酰胺加入70mL H₂O中，搅拌2h后得到透明的溶液，将溶液转移到100mL的水热釜中，在90-180℃下反应10h；