[发明专利]一种二维面内异质CuS/CuO及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二维面内异质CuS/CuO。本发明公开了上述二维面内异质CuS/CuO的制备方法，利用简单的部分硫化方法，成功合成出了CuO与CuS的二维超薄异质结材料。本发明所得二维面内异质CuS/CuO的粒径为100nm×50nm，放大原料用量可实现大量合成，同时二维面内异质CuS/CuO较CuO有更好的光吸收能力及导电性，能够提升光生电子空穴的分离能力，进而达到提升光催化还原COsubgt;2/subgt;能力的作用。二维面内异质CuS/CuO光催化还原COsubgt;2/subgt;制备乙醇时表现出优异的催化活性和稳定性，产率可达270μmol/(g·h)，在全光谱下能够长时间稳定维持产率为250μmol/(g·h)。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种二维面内异质CuS/CuO及其制备方法和应用。

背景技术

在化石能源日渐短缺的今天，探索新型清洁能源及其制备方法将是必然趋势。CO₂不仅是导致温室效应的主要气体，同时也是可以进行再利用的重要资源。

近年来，众多科学研究表明：CO₂可以转化为甲醇、乙烯、乙醇、一氧化碳和甲烷等可作为燃料的有价值的产品。将CO₂催化还原为清洁的能源，不仅可以缓解能源短缺的问题，还可以减轻危害地球生态环境的“温室效应”。因此，催化还原CO₂的研究具有深远意义。

光能作为一种清洁且可再生资源被广泛关注，因此光催化还原CO₂是一种很有前景的方法，但是也面临着催化效率低，催化剂制备成本高等问题。目前在光催化还原CO₂领域，半导体光催化剂因其特殊的能带结构及低廉的价格被广泛研究。

CuO类光催化剂也因其价格低廉，在可见光区域的良好吸收性能以及其对于CO₂还原产物的多选择性而受到了许多关注，并被视为很有潜力的光催化剂之一。但是单一的CuO催化剂由于其对于光生电子和空穴的分离效率低，无法有效的利用光生电子和空穴而在此领域的应用中受到限制。所以各类氧化铜的复合光催化材料(CuO-金属、CuO-半导体、CuO-MOFs)等也渐渐进入了研究者的视野之中，但大多数复合光催化剂的制备方法复杂，无法实现大量合成并且在性能上并未达到很大突破，在生产成本、环境友好等方面都受到了一定限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种二维面内异质CuS/CuO及其制备方法和应用，利用所得二维面内异质CuS/CuO作为催化剂进行光催化还原二氧化碳，可以在宽光谱范围内以270μmol/(g·h)的高产率将二氧化碳还原为高附加值的乙醇，较当前CuO类复合材料光催化剂还原二氧化碳为乙醇的性能(50μmol/(g·h))有很大提升。

一种二维面内异质CuS/CuO的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将醋酸铜溶解在水中，滴加正丙胺，25-35℃搅拌反应25-35min，然后升温至100-150℃搅拌反应5-10h，得到黑褐色粉末状的前驱体；

步骤2、将前驱体加入水中分散均匀，再滴加硫化剂，25-35℃搅拌反应10-200s，得到二维面内异质CuS/CuO。

本发明利用回流法制备前驱体CuO纳米片，再利用简单的部分硫化法对前驱体进行硫化制备二维面内异质CuS/CuO光催化材料。部分硫化得到的二维面内异质CuS/CuO较CuO前驱体而言，其光吸收范围扩宽至红外区，同时可以构建内建电场促进光生电子空穴的分离，进而使光催化性能有很大提升。该催化剂被应用于光催化还原CO₂，能够在宽光谱下将CO₂还原为高附加值的产物C₂H₅OH。