[发明专利]一种碳掺杂的硫化铟多孔微球材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种碳掺杂的硫化铟多孔微球材料及其制备方法和应用，将四水合氯化铟和L‑半胱氨酸溶于三乙烯四胺的水溶液中，搅拌均匀，将上述混合溶液置于反应釜中加热升温至150‑200℃下20‑30小时后，自然冷却至室温，即得到有机‑无机杂化物；将有机‑无机杂化物溶于去离子水中得到有机‑无机杂化物水溶液，将上述水溶液置于反应釜中，在160‑200℃下反应8‑12小时，洗涤、干燥后，即得到碳掺杂的硫化铟多孔微球材料。碳掺杂的硫化铟多孔微球材料具有更多的活性位点，结构稳定，掺杂进去的碳能够加速光生载荷子的转移和传输，在光催化二氧化碳还原上具有明显的优势。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料技术领域，更具体地说涉及一种碳掺杂的硫化铟多孔微球材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的持续消耗引起了严重的环境问题和广泛的关注。为了减轻温室效应，使用太阳能驱动的光催化技术将二氧化碳转化为燃料和有用的化学物质已成为非常有前途的策略之一。但是，由于CO₂的热力学稳定性和多种载流子转移过程的缓慢动力学，使得CO₂的光催化转化效率较低。最近，已经开发出热辅助光催化策略来加速CO₂的光催化转化过程。大多数情况下需要使用H₂来完成这一过程，H₂是通过对化石衍生物进行蒸汽重整并通过CO₂排放进行商业生产的。因此，迫切需要直接使用水作为氢源来合成高附加值的化学品。目前，用于CO₂的光催化转化的主要产品是CO和CH₄，仍然难以合成高价值的C₂物种。乙烯是最重要的C₂化学品，因为它广泛用于合成纤维，橡胶，塑料和酒精的合成。通常，乙烯是通过甲醇制烯烃工艺或石油的热蒸汽裂解法合成的，这需要高温并且存在严重的催化剂结焦问题。因此，迫切的需要开发一种有效的光催化剂，用于将CO₂和H₂O高选择性地转化为乙烯。

元素掺杂是一种改变半导体电子性能和表面结构的有效策略。例如，元素掺杂可以改变载流子的扩散路径。非金属掺杂可以扩大光吸收范围并减少光腐蚀。掺杂元素可以充当良好的电子受体中心，并有效抑制电荷载流子的复合。因此，将非金属掺杂到一种半导体光催化剂中完成CO₂-H₂O的转化来合成乙烯是非常令人感兴趣的。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，用于CO₂的光催化转化的主要产品是CO和CH₄，难以合成高价值的C₂物种(例如乙烯)，乙烯是通过甲醇制烯烃工艺或石油的热蒸汽裂解法合成的，这需要高温且存在催化剂结焦的问题，提供了一种碳掺杂的硫化铟多孔微球材料及其制备方法和应用，本发明利用一种简便的水热反应技术，通过采用L-半胱氨酸、四水合氯化铟和三乙烯四胺(TETA)合成了有机无机杂化的前驱体记为InS-TETA，通过对相应的前驱体再次进行水热反应去除TETA，合成了多孔层状的In₂S₃微球，制备了具有高稳定性、高光催化二氧化碳还原性能的碳掺杂的硫化铟多孔微球材料。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种碳掺杂的硫化铟多孔微球材料及其制备方法，碳掺杂的硫化铟多孔微球材料(C-In₂S₃)为多孔层状微球结构，其中，碳掺杂的硫化铟多孔微球材料(C-In₂S₃)的直径为1-2微米，硫化铟层的厚度为0.13-0.35纳米，按照下述步骤进行：