[发明专利]一种银离子掺杂硫代铟酸锌异质结光催化剂制备方法

说明书

一种银离子掺杂硫代铟酸锌异质结光催化剂制备方法，涉及一种催化剂制备方法，以硝酸银、醋酸锌、醋酸铟、硫代乙酰胺和氧化铟按照一定的比例在油浴加热条件下反应，并获得目标光催化剂。这种新型的可见光光催化剂结构清晰，组成明确，通过Ag⁺的掺杂可以显著增强ZnIn₂S₄对光子的利用率，与In₂O₃复合后可以使光生载流子的扩散范围增大，使电子—空穴对得到了有效的分离，抑制了光生电子—空穴对的复合，大幅度的增加了对光生电子的利用率，从而增强可见光催化活性，Ag:ZnIn₂S₄/In₂O₃复合材料由于其高可见光活性、良好的制氢能力以及良好的光催化稳定性，在清洁能源生产和能量转换方面具有广阔的前景。是一种具有很好的发展前景的催化剂。

技术领域

本发明涉及一种催化剂制备方法，特别是涉及一种银离子掺杂硫代铟酸锌异质结光催化剂制备方法。

背景技术

光催化技术可以在相对温和的反应条件下完成许多原先需在苛刻的人为设定条件下才能完成的化学反应，因此该技术具备了一般技术所不具备的优越性和光明的应用前景。光催化被认为是一种理想的环境处理和能源再生技术，因为太阳能可作为参与反应的驱动能源之一，而太阳能是一种清洁可再生能源，驱动过程无污染产生。同时，氢能作为一种环境友好，清洁无污染的理想新型能源之一，可以通过光催化分解水来制备，因此光催化分解水制氢得到了高度的关注。为了实现高效光催化水分解产氢，科学家已经开发出大量用于制氢的半导体光催化剂。在以往的研究中，TiO₂光催化剂引起了全球环境和能源研究者的关注。TiO₂是一种宽带隙半导体，其响应范围仅在紫外区域，而紫外区域仅占太阳光谱的4-5％，能量占比较少，太阳能利用率低导致水分解产氢效率低。因此，将光催化范围扩展到可见光区域，是提高光催化反应效率的关键。

目前，具有层状结构的AB₂X₄系列半导体因其在电荷储存和热电等不同领域的潜在应用而备受关注。ZnIn₂S₄作为多组分金属硫化物属于AB₂X₄（A = Zn，Ca，Cu，Cd; B = Al，Ga，In; X = S，Se，Te），具有独特的层状结构和窄带隙（2.34-2.48 eV），是一种光响应范围广，化学性质稳定的新型催化剂。但由于单纯的ZnIn₂S₄具有较高的载流子复合率，导致光催化效率低，光催化活性有待进一步提高。因此，如何增大宽带隙半导体材料的可见光光谱响应范围，同时缩短光生载流子从半导体内部转移至表面所需要的时间以及有效的将电子与空穴进行有效的分离，进而降低载流子的复合速率而增强光催化活性，已成为光催化研究领域亟待解决的问题。由于Ag⁺具有4d电子结构，在ZnIn₂S₄中掺杂少量Ag⁺，可在半导体中产生Ag4d施主能级，因其具有比ZnIn₂S₄更广的光谱响应范围，电子可以从该价带光激发到导带，因此能够提高光子的利用率，以这种方式增强了光催化活性。

In₂O₃是重要的III-VI半导体之一。其禁带宽度约为2.73eV，具有较小的电阻率和较好的光化学稳定性，以及还具备制备条件简便、易获取、形貌可控等优点。但是，由于其禁带宽度较宽，禁带能较大，在可见光范围内的吸收效果较差，光响应范围不理想，距离达到可见光的使用效率还存在一定的距离。因此，深入研究In₂O₃复合材料与其他活性材料的组合延迟光生电子和空穴材料的快速复合和辅助其它半导体进行光生电子与空穴的有效分离充分发挥材料复合的协同优势。

发明内容