[发明专利]水热法合成Zn-AgIn5S8/ZnS超薄核壳结构量子点光催化剂及其应用

说明书

本发明属于复合光催化剂合成技术领域，涉及核壳光催化剂，尤其涉及水热法合成Zn‑AgIn₅S₈/ZnS超薄核壳结构量子点光催化剂。本发明首先将银源，铟源和锌源溶于去离子水中，加入L‑半胱氨酸搅拌均匀得到澄清溶液，调溶液pH6～10，加入硫源超声搅拌均匀，在110℃～240℃水热反应4～8h，得到Zn‑AgIn₅S₈量子点原液；然后按照每20mL去离子水溶解0.2g Zn‑AgIn₅S₈量子点的比例将二者混合，加入锌源搅拌均匀，再加入等体积的硫源搅匀，在110℃～240℃水热反应4～8h，冷却、洗涤后即得。本发明还公开了将所制得的催化剂应用于光催化制氢。本发明工艺非常简单，价廉易得，成本低廉。反应时间较短，利用太阳光能转化为清洁能源减少了能耗和反应成本，便于批量生产，无毒无害，符合可持续发展要求。

技术领域

本发明属于复合光催化剂合成技术领域，涉及核壳光催化剂，尤其涉及水热法合成Zn-AgIn₅S₈/ZnS超薄核壳结构量子点光催化剂及其应用。

背景技术

多元I-III-VI纳米晶或量子点，因其优异的生物相容性、光学性质和生化稳定性高，近十年在生物传感、发光二极管和太阳能电池等方面被广泛研究。其中，Ag-In-S (AIS)体系因反应条件调控能引起光学性质改变而被深入研究。大量研究致力于通过改变反应物(如硫源或铟源等)、反应温度、反应时间等参数，研究光学性质的改变及其相应的应用。由于环境友好、可见光响应范围宽、尺寸小且有利于载流子向表面扩散等优势，I-III-VI量子点光催化剂的开发吸引了大量注意力。

在光催化应用中，针对Ag-In-S基量子点本身的改进主要是各种元素比例的调控，以减小带隙提高可见光吸收。Torimoto等报道了通过控制ZnS与AgInS₂比例构建结构可控的(AgIn)_xZn_2(1-x)S₂固溶体，系统研究组成、带隙、光催化性能与样品尺寸间的关系。同时，大量研究致力于与其他半导体，如TiO₂等的复合，构筑异质结促进光生载流子分离和传输，因此这些异质结中II-型能带排列通常是必须的。另一方面，尽管宽带隙ZnS作为一种优异的壳层材料，包裹I-III-VI量子点构筑超薄核壳结构能够减少表面缺陷，提高发光效率，被广泛用于发光二极管和生物成像等领域。但是在光催化反应中，这种超薄核壳结构中I-型能带排列会阻碍光生电子空穴向催化剂表面的传递。

鉴于此，如果能够通过合理调控壳层材料(如CdS)的结构，实现I-型向准II-型转变，其界面间独特结构使光生载流子寿命显著提高，由于壳层较薄以及载流子传输距离短，导致界面上载流子快速分离；同时宽带隙ZnS壳层的包覆也有助于提高催化剂的稳定性。但是，对于包覆ZnS对ZAIS量子点的光催化制氢研究的比较少，缺少针对光催化剂设计和制备系统深入的理解。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于公开一种Zn-AgIn₅S₈/ZnS超薄核壳结构量子点光催化剂的合成方法。

技术方案

一种水热法合成Zn-AgIn₅S₈/ZnS超薄核壳结构量子点光催化剂，包括如下步骤：

A、将银源，铟源和锌源溶于去离子水中，加入L-半胱氨酸搅拌均匀得到澄清溶液，用浓度为1M的NaOH溶液调节溶液pH值6～10，优选8.5，加入硫源超声搅拌均匀，移至内衬聚四氯乙烯水热釜中，在110℃～240℃水热反应4～8h，优选110℃水热反应4h，得到Zn-AgIn₅S₈量子点原液，其中所述银源，铟源、锌源、L-半胱氨酸、去离子水和硫源的固液比为0.34mmol:1.7mmol:0.85mmol:3mmol:5.5mL: 6.5ml；