[发明专利]以藻类生物为模板制备ZnIn2S4光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模板法制备ZnIn₂S₄光催化剂的方法，属可见光光催化剂制备技术领域，具体涉及以藻类生物组织为模板制备ZnIn₂S₄光催化剂的方法。

背景技术

随着经济的快速发展， 能源的短缺与生态环境的污染已经严重地威胁到了人类的生存和发展。半导体光催化材料因其在污染物如苯酚、染料等降解处理，光催化分解水制氢，染料敏化太阳能电池等诸多领域的广泛应用和在解决环境污染与能源短缺方面表现出巨大的潜力而成为世界科学家研究的热点。

ZnIn₂S₄三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。但是，目前ZnIn₂S₄的可见光催化活性仍然较低，如何提高ZnIn₂S₄的光催化活性是目前和今后需要解决的问题。研究表明，除ZnIn₂S₄组成、结构外，它的形貌、比表面积也是影响其光催化性质的重要因素。通常ZnIn₂S₄多采用水（或溶剂）热法制备，而其中模板剂的使用是为催化剂提供多形貌、高比表面积的制备途径。如专利号为：CN201210454845.9的中国发明专利“一种生物分子辅助合成ZnIn₂S₄空心花球的方法”和 专利号为：CN201210334087.7的中国发明专利“一种分级花状ZnIn₂S₄三元化合物的制备方法”均采用水热法，使用了生物分子L-半胱氨酸为硫源和表面活性剂。专利号为：CN201210369709的中国发明专利 “一种多孔ZnIn₂S₄光催化剂的制备方法”采用了微波水热法，以溴代烷基吡啶作模板。但是这些合成的ZnIn₂S₄多以纳米粒子、微球居多，比表面积很小，从而抑制了半导体光催化材料的光催化效果。生物模板由于具有资源丰富、形貌多样、成本低、无污染、容易去除等特点，已用于二元氧化物、硫化物材料的制备中，其具有特殊生物精细结构的形貌赋予了材料新的性能，但目前没有采用藻类生物模板制备ZnIn₂S₄光催化剂的文献报道。 

发明内容

本发明针对现有技术制备ZnIn₂S₄光催化剂比表面积小，形貌单一，可见光催化活性低的问题，提供一种生物组织模板制备ZnIn₂S₄光催化剂的方法，以便更好的利用自然界提供的丰富资源。本发明特征是生物模板资源丰富、形貌多样、成本低、工艺简单、稳定可靠，能精确复制生物模板的外部形态，产品光催化效果好。

本发明的技术方案是首先对藻类模板进行预处理，再通过溶剂热反应，最后是高温煅烧去除模板得到ZnIn₂S₄材料。

现详细说明本发明的技术方案。

第一步藻类模板预处理。

将采集的藻类生物用蒸馏水清洗干净，浸泡在浓度为3～5 mol／Ｌ的盐酸溶液中12～24小时，以除去其中的胶质和无机盐，然后用乙醇、蒸馏水清洗干净，常温晾晒干燥。

第二步溶剂热反应。

将预处理后的藻类生物组织模板剂与一定配比的锌盐、铟盐和硫源加入到混合醇溶剂中，于室温下搅拌均匀，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在120～180℃下溶剂热反应10～18h，洗涤，常温干燥，即得到ZnIn₂S₄沉淀。

第三步高温煅烧去除模板得到产物。

将ZnIn₂S₄沉淀放入管式炉，通入高纯氮气气氛下煅烧，烧结温度为300～500℃，烧结时间为3～5 h，然后自然冷却，得到ZnIn₂S₄光催化剂。

所述的藻类模板为蓝藻、黑藻、绿藻等水生藻类。

所述锌盐、铟盐和硫源的摩尔比1:2:（5～9），所述锌盐为硝酸锌，铟盐为硝酸铟，硫源为硫代乙酰胺。

所述的混合醇溶剂为乙醇和乙二醇任意比组成。

所述的锌盐、铟盐和硫源等溶质的百分含量为2% ～5%。