[发明专利]一种氮化碳/硫铟锌复合纳米材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光催化材料，特指一种氮化碳/硫铟锌复合纳米材料及其制备方法和用途。

技术背景

半导体光催化材料具有光降解有机污染物和光分解水制氢两大功能，利用光催化材料既可以利用太阳能降解和矿化环境中的有机污染物，也可以将低密度的太阳能转化为可储存的高密度的氢能，因此它在解决环境和能源问题方面有着重要的应用前景；在众多半导体中，类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）由于其稳定、低毒、简单易得且响应可见光等特点而引起研究者的关注；但是，单纯的g-C₃N₄ 光催化材料也面临着一些问题，如光生电子空穴易复合，量子效率很低，比表面积小；为了抑制光生电子-空穴的复合而提高光催化效率，单纯的g-C₃N₄ 常被用来与多样的氧化物或者硫化物等进行复合制备二元、三元的复合光催化材料，特别是构建异质结材料；这种特殊设计的异质结材料，能有效的促进光生电子和空穴的分离，抑制光生电子与空穴的复合，提高光电转化的效率，扩展g-C₃N₄的吸收范围，最终提高光催化效率。

ZnIn₂S₄是具有成层结构的三元硫族化合物，由于其在电能储存、光催化等方面的利用而引起广泛研究；ZnIn₂S₄带隙在2.34-2.48eV范围内，很好的响应可见光的吸收；Li等人于2003年首先将ZnIn₂S₄用于可见光催化制氢，发现ZnIn₂S₄在光照150 h后，产氢速率仍未降低，说明它有很好的光稳定性和较高的产氢活性；Shen等人也以CTAB为表面活性剂采用水热/溶剂热制备了六方相ZnIn₂S₄微球，并发现CTAB的加入使得ZnIn₂S₄层间距变化，进而影响其产氢性能；合成的1Wt%Pt负载的ZnIn₂S₄在420 nm单色光照下的表观量子效率为18.4%。从上述研究报道来看，ZnIn₂S₄是比较理想的可见光响应的光催化剂，且表现出较高的表观量子效率。

迄今为止，尚未发现有人采用水热法制备g-C₃N₄/ZnIn₂S₄复合材料，所用的g-C₃N₄化学和物理性质稳定，原材料廉价易得，无毒，且以其为载体制备g-C₃N₄/ZnIn₂S₄复合材料的反应工艺简单，所得产品光催化活性好，稳定性高，生产过程绿色环保，有望大规模工业化生产。

发明内容

本发明目的是提供一种新的在低温条件下，以简单易行的水热法合成ZnIn₂S₄/g-C₃N₄复合材料的方法。

本发明通过以下步骤实现：

（1）制备类石墨碳化氮（g-C₃N₄）：称取一定量的尿素于半封闭的坩埚中，先烘干，然后转移至程序升温管式炉中煅烧，待自然冷却至室温后，取出，用研鉢研磨至粉末状后，用稀HNO₃清洗数次，去除残留碱性物，再用蒸馏水和无水乙醇洗净产物，离心，烘干（Nanoscale, 2012, 4, 5300-5303）。