[发明专利]一种MoP-Zn3

说明书

本发明公开了一种MoP‑Zn₃In₂S₆复合纳米材料的制备方法，通过对Zn₃In₂S₆制备条件进行优化，合成具有高活性的单体Zn₃In₂S₆，而后构建非贵金属可见光响应纳米复合材料MoP‑Zn₃In₂S₆进一步提高光生电子‑空穴分离效率，其中，构建非贵金属可见光响应纳米复合材料MoP‑Zn₃In₂S₆，是指将非晶态无定型MoP均匀负载在由二维纳米片组装成的三维球形Zn₃In₂S₆分级结构表面。本发明制备方法步骤简便，反应条件温和，产率高；对Zn₃In₂S₆制备条件进行了优化，并通过均匀负载非贵金属MoP助催化剂提高Zn₃In₂S₆的稳定性和光生电子‑空穴分离效率，非晶态MoP的高稳定性不仅可以有效保护主体催化剂Zn₃In₂S₆，而且可以实现Zn₃In₂S₆光生电子‑空穴的有效分离，显著提高Zn₃In₂S₆光催化性能。

技术领域

本发明涉及一种MoP-Zn₃In₂S₆复合纳米材料的制备方法，属于纳米材料制备和光催化技术领域。

背景技术

面对日益严峻的能源和环境问题。氢气在燃烧或燃料电池中只生成水，而且氢气燃烧释放的能量远高于传统的化石燃料，被认定为是清洁、绿色、高效的新一代能源。光催化分解水制氢，即利用取之不竭的太阳能激发催化剂产生光生电子还原水或质子生成氢气，将太阳能直接转化为氢能，是从根本上解决能源与环境问题的一项重要途径，并受到了世界多个学科领域的广泛关注。发展光催化制氢技术，取代传统的化石能源重整制氢产业，实现氢能制取和利用的双向绿色可持续性，将为我国乃至全球建立良好生态环境和环境友好型的社会发展方式奠定持久保障。

然而，光催化制氢效率低，严重制约了其应用。其原因主要在于两方面：一是反应活化能高，热力学上反应发生较为困难（H2O→H₂+1/2O₂，ΔG=238 kJ/mol）；二是光生电子-空穴对的分离-迁移效率低，反应动力学缓慢。而目前的研究多是针对于提高光催化分解水制氢反应的动力学，如助催化剂的开发、异质结的设计、内电场的构建和表面态构筑等。而对于改善光催化制氢反应热力学的研究较少。因此，若要全面提高光催化制氢效率，同时联合高效非贵金属可见光光催化剂的开发和反应体系热力学的改善也许是可行的策略。

含有4.4%（w/w）氢的甲酸（FA）作为具有无毒、不易燃和低成本的潜在储氢材料而备受关注。此外，FA在室温下呈液态，便于运输、处理和储存。作为有希望的氢源，FA可以分解成H₂和CO₂（HCOOH→H₂+CO₂）。甲酸光催化分解制氢相对于光催化分解水制氢具有热力学优势（HCOOH→H₂+CO₂，ΔG=-48.8kJ/mol）。然而，由于其不利的竞争效应，将FA分解为CO和H₂O（HCOOH→H₂O+CO）（ΔG= -28.5kJ/mol）的副反应通常是不希望的。因此，开发FA作为氢的实际载体，主要的挑战是找到合适的催化剂并将FA分解为H₂和CO₂而不是CO和H₂O。然而，目前对于光催化分解甲酸制氢的研究还较少。虽然有少数案例报道光催化分解甲酸制氢，然而其反应活性较低和重金属Cd的使用不利用环保。因此开发新型非贵金属可见光高效光催化分解甲酸制氢催化剂是光催化制氢的重大技术难题。