[发明专利]一种Fe掺杂ZnS-CuS的异质结光催化产氢材料的制备方法

说明书

本发明涉及光催化产氢技术领域，且公开了一种Fe掺杂ZnS‑CuS的异质结光催化产氢材料，ZnS纳米花具有超高的比表面积，以其为基底、硝酸铁为铁源，得到铁掺杂ZnS纳米花，再以醋酸铜、硫脲为原料，得到铁掺杂ZnS纳米花负载CuS中空纳米球，具有超高的比表面积，进一步暴露出更多的光催化产氢活性位点，Fe掺杂进ZnS的晶格中，降低ZnS禁带宽度，吸收带边红移，拓宽了光响应范围，提高了对可见光的吸收率，同时减少了光生电子‑空穴的复合，ZnS与CuS形成异质结，可以作为分离位点，使光生电子从ZnS价带跃迁到CuS表面，进一步提高光生电子‑空穴分离效率，使得Fe掺杂ZnS‑CuS的异质结光催化产氢材料具有优异的光催化产氢性能。

技术领域

本发明涉及光催化产氢技术领域，具体为一种Fe掺杂ZnS-CuS的异质结光催化产氢材料的制备方法。

背景技术

随着社会的发展以及化石燃料的大量使用，环境污染和能源短缺的问题日渐突出，因此人们需要一种新的清洁、可再生能源来代替化石能源，清洁能源有太阳能、风能、潮汐能、氢能等，其中氢能具有燃烧热值高、绿色无污染等优势，是一种有着广阔应用前景的清洁能源，目前制氢有电解水制氢和光催化分解水制氢等方式，其中光催化分解水制氢的效率较高、成本较低，且太阳能来源广泛，具有很大的市场应用前景。

光催化分解水制氢最重要的就是催化剂，金属氧化物、金属硫化物等具有优异的光催化性能，其中ZnS具有光生电子-可能产生快且光生电子还原电位低等优点，在光催化降解、光解水制氢等领域应用前景广阔，但是其禁带较宽，光吸收范围较小，使得其光催化性能受到限制，通过元素掺杂，可以有效改善ZnS的光吸收范围，提高其光催化性能，同时CuS具有较窄的禁带宽度，在光催化领域广泛应用，与ZnS复合，进一步改善ZnS的光催化性能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种Fe掺杂ZnS-CuS的异质结光催化产氢材料的制备方法，解决了ZnS光催化产氢效率较低的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种Fe掺杂ZnS-CuS的异质结光催化产氢材料，所述Fe掺杂ZnS-CuS的异质结光催化产氢材料制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入去离子水、乙二胺四乙酸二钠、表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、醋酸锌，分散均匀，加入氢氧化钠，分散均匀，搅拌加入硫磺，分散均匀，移入反应釜内置于水热仪器中，在150-180℃下反应5-8 h，冷却至室温，离心、洗涤并干燥，得到硫化锌纳米花；

(2)向反应瓶中加入去离子水、硝酸铁、硫化锌纳米花，搅拌28-36h，在70-85℃下搅拌蒸干溶剂并干燥，得到铁掺杂硫化锌纳米花；

(3)向反应瓶中加入去离子水、硫脲，分散均匀，加入醋酸铜溶液、铁掺杂硫化锌纳米花，分散均匀，密封处理，进行反应过程，冷却至室温，过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到Fe掺杂ZnS-CuS的异质结光催化产氢材料。

优选的，所述步骤(1)中水热仪器包括主体，主体的内部活动连接有隔热层，隔热层的内部活动连接有保温层，主体的左侧活动连接有进气管，进气管的顶部活动连接有加热装置，加热装置的内部活动连接有电阻丝，加热装置的顶部活动连接有出气管，主体的右侧活动连接有排湿管，排湿管的右侧活动连接有冷凝装置，冷凝装置的右侧活动连接有出水口，出水口的底部活动连接有烧杯。

优选的，所述步骤(2)中硝酸铁、硫化锌纳米花的质量比为20-35:100。

优选的，所述步骤(3)中硫脲、醋酸铜、铁掺杂硫化锌纳米花的质量比为15-25:10-15:100。

优选的，所述步骤(3)中反应过程为在70-90℃下超声辐照1-2.5h。

(三)有益的技术效果