CN109692691A - 反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109692691A CN109692691A CN201811454394.2A CN201811454394A CN109692691A CN 109692691 A CN109692691 A CN 109692691A CN 201811454394 A CN201811454394 A CN 201811454394A CN 109692691 A CN109692691 A CN 109692691A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- source
- polymer microsphere
- substrate
- opal structure
- template
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 79
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 12
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 25
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 10
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims description 10
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 10
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 8
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 4
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QCUOBSQYDGUHHT-UHFFFAOYSA-L cadmium sulfate Chemical compound [Cd+2].[O-]S([O-])(=O)=O QCUOBSQYDGUHHT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- -1 caddy Chemical compound 0.000 claims description 2
- XIEPJMXMMWZAAV-UHFFFAOYSA-N cadmium nitrate Inorganic materials [Cd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XIEPJMXMMWZAAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000331 cadmium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- NMHMNPHRMNGLLB-UHFFFAOYSA-N phloretic acid Chemical compound OC(=O)CCC1=CC=C(O)C=C1 NMHMNPHRMNGLLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- PAPBSGBWRJIAAV-UHFFFAOYSA-N ε-Caprolactone Chemical compound O=C1CCCCCO1 PAPBSGBWRJIAAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 17
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 10
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 abstract 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 5
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K indium(iii) chloride Chemical compound Cl[In](Cl)Cl PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 239000011022 opal Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N N-methylformamide Chemical compound CNC=O ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910000369 cadmium(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M disodium;sulfanide Chemical compound [Na+].[Na+].[SH-] VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 150000004702 methyl esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 1
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/04—Sulfides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/64—Pore diameter
- B01J35/651—50-500 nm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
- C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1088—Non-supported catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用。其中，所述反蛋白石结构MIn2S4光催化材料由基底浸渍于高分子微球模板分散液中，得到负载有高分子微球模板的基底；再将所述基底浸渍于含有M源、铟源和硫源的前驱体溶液中，并进行加热反应生成包覆所述高分子微球模板的MIn2S4；其中，所述M源为锌源和镉源中的一种或两种；所述MIn2S4为ZnIn2S4或者CdIn2S4；之后去除所述高分子微球模板制备得到。所述MIn2S4光催化材料具有反蛋白石结构，分散性强，排布整齐规律，在光催化反应中提高了光催化效率。此外本发明还包括反蛋白石结构MIn2S4光催化材料的制备方法，以及反蛋白石结构MIn2S4光催化材料在光催化方面的应用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光催化剂领域，尤其涉及一种反蛋白石结构 MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用。
背景技术
能源短缺和环境污染是当前人类面临的重大问题。光催化技术 具有成本低、高效、绿色、环保、无二次污染等优点，在环境污染 治理、光解水制氢、二氧化碳还原、固氮等方面表现出巨大的潜在 优势。尽管光催化技术在近几十年得到迅速发展，并在环境污染治理领域得到实际应用。但是，由于光催化材料主要受限于太阳能利 用效率低、光生电子和空穴易于复合等问题，使得光催化技术所带 来的效益与实际需求还存在明显差距。
目前，具有可见光光催化活性的半导体材料已经被广泛研究和 报道。其中三元金属硫化物MIn2S4(M为Zn和/或Cd)光催化材料 因其独特的片层结构、合适的能带位置、显著的可见光响应和较好 的化学稳定性，近年来在有机污染物降解、光解水产氢、CO2还原、 固氮反应以及太阳能电池等领域被广泛研究和报道。基于现有的文 献报道，尽管MIn2S4(M为Zn和/或Cd)光催化材料具有独特的 优势，但是其光生载流子分离和迁移能力较低，大大降低了可见光 光催化效果。现阶段针对这一问题，学者们主要采用形貌调控，异 质结构造和元素掺杂等策略，进一步提升MIn2S4(M为Zn和/或Cd) 材料整体光催化性能。其中，形貌调控技术是当前改性MIn2S4(M 为Zn和/或Cd)材料常用的技术手段。该策略主要通过调控材料维度、厚度以及微观形貌等参数，来增大材料的受光面积，增加反应 活性位点或缩短体相载流子平均迁移自由程，从而有效提高MIn2S4 (M为Zn和/或Cd)对可见光利用率，降低载流子复合效率，提 高光催化效率。但是目前报道的MIn2S4(M为Zn和/或Cd)材料依 然存在堆叠团聚、分散性差等问题。这些问题一定程度上会导致材 料受光面积减小，载流子分离效率降低，反应传质过程受阻，部分 活性位点被遮蔽，从而影响形貌调控改性效果。要克服这些不足，关 键在于设计和制备具有特定形貌和结构的MIn2S4(M为Zn和/或Cd) 光催化材料，利用其形貌或结构特点提高材料分散性，增加反应活 性位点数量，增强光利用能力，提高载流子分离效率，加速反应传 质过程，进而提高光催化效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：MIn2S4堆叠团聚、分散性差。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用。
本发明提出一种反蛋白石结构MIn2S4光催化材料，由基底浸渍于 高分子微球模板分散液中，得到负载有高分子微球模板的基底；再将 所述基底浸渍于含有M源、铟源和硫源的前驱体溶液中，并进行加热 反应生成包覆所述高分子微球模板的MIn2S4；其中，所述M源为锌源 和镉源中的一种或两种；所述MIn2S4为ZnIn2S4和/或CdIn2S4；之后去 除所述高分子微球模板制备得到。
优选地，所述高分子微球模板分散液中的高分子微球为聚苯乙烯 微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚乳酸微球和聚己内酯微球中的一种 或多种；
和/或，所述M源为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、氯化镉、硝酸镉和 硫酸镉中的一种或多种；
和/或，所述硫源为硫化钠、硫脲和硫代乙酰胺中的一种或多种；
和/或，所述前驱体溶液中的溶剂为水、乙醇和甲醇中的一种或 多种。
优选地，高分子微球在所述高分子微球模板分散液的质量百分数 为0.01％～0.25％。
优选地，所述M源、所述铟源和所述硫源的摩尔比为1:2:5～8。过 量的硫源有利于的MIn2S4生成。
优选地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和乙 腈中的一种或多种。
本发明还提出了一种上述所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材 料的制备方法，包括以下步骤：
1)将基底浸渍于高分子微球模板分散液中，得到负载有高分子 微球模板的基底；
2)将步骤1)中得到的所述负载有高分子微球模板的基底浸渍于 含有M源、铟源和硫源的前驱体溶液中，并进行加热反应生成包覆所 述高分子微球模板的MIn2S4基底；其中，所述M源为锌源和镉源中的 一种或两种；所述MIn2S4为ZnIn2S4和/或CdIn2S4；
3)将步骤2)得到的所述包覆所述高分子微球模板的MIn2S4基底 置于有机溶液中，静置24h～48h，去除所述高分子微球模板，得到反 蛋白石结构MIn2S4。
优选地，在步骤2)中，进行的所述加热反应为油浴反应，其中， 所述油浴反应的温度为80～100℃，时间为4～12h。该温度条件下有利 于MIn2S4的生成。
优选地，在步骤3)中，将步骤2)得到的所述包覆所述高分子微 球模板的MIn2S4基底置于有机溶液中，浸渍24h～48h，去除所述高分 子微球模板。
优选地，在步骤1)中，将基底浸渍于高分子微球模板分散液中， 之后在40℃～80℃下真空干燥得到负载有高分子微球模板的基底。
优选地，在步骤3)中，去除所述高分子微球模板之后在80～100℃ 下真空干燥得到反蛋白石结构MIn2S4。
优选地，所述基底为玻璃基底。
此外，本发明还提出上述所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料 或者所述的制备方法制备的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料在光催 化降解、产氢、CO2还原或者固氮方面的应用。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：首先由基底浸渍于高分 子微球模板分散液中，得到负载有高分子微球模板的基底，再将所述 玻璃基底浸渍于含有M源、铟源和硫源的前驱体溶液中，进行加热 反应生成的MIn2S4包覆所述高分子微球模板，高分子微球模板的形 状决定了MIn2S4的形状，高分子微球模板的形状为反蛋白石结构， 其中，所述M源为锌源和镉源中的一种或两种，即所述MIn2S4为 ZnIn2S4和/或CdIn2S4，之后包覆所述高分子微球模板的MIn2S4置于 有机溶剂中，高分子微球模板能够溶解于有机溶剂中，MIn2S4不能溶 解于有机溶剂中，从而去除所述高分子微球模板即可得到具有反蛋白 石结构的MIn2S4光催化材料，反蛋白石结构MIn2S4光催化材料分散 性强，排布整齐规律，从而增加了MIn2S4的反应活性位点数量，增 强了光利用能力，提高了载流子分离效率，加速了反应传质过程，进 而在光催化反应中提高了光催化效率。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示 意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例1所制备的反蛋白石结构ZnIn2S4的XRD图。
图2为本发明实施例1所制备的反蛋白石结构ZnIn2S4的SEM图。
图3为本发明实施例1所制备的反蛋白石结构ZnIn2S4的SEM图。
图4为本发明实施例1所制备的反蛋白石结构ZnIn2S4的产氢性能。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结 合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述 了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同 于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明 内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限 制。
实施例1
本实施例中的反蛋白石结构ZnIn2S4光催化材料通过下述步骤制 备得到：
1)将玻璃基底垂直浸渍于0.05％的聚苯乙烯微球水溶液中， 50℃真空干燥，得到负载有聚苯乙烯微球模板的玻璃基底；其中， 聚苯乙烯微球为蛋白石结构；
2)前驱体溶液配置：称取1mmol ZnCl2，2mmol InCl3·4H2O 和6mmol硫代乙酰胺置于80ml去离子水中，搅拌均匀；
3)将步骤1)中所述负载有聚苯乙烯微球模板的玻璃基底浸渍 于步骤2)制备的前驱体溶液中，在80℃下油浴反应6h至溶液烘干 得到包覆所述聚苯乙烯微球模板的玻璃基底的MIn2S4玻璃基底；
4)将步骤3)得到的包覆所述聚苯乙烯微球模板的MIn2S4玻璃 基底置于N,N-二甲基甲酰胺中，室温浸渍12h，去除所述聚苯乙烯 微球模板；
5)将步骤4)去除所述聚苯乙烯微球模板后的MIn2S4玻璃基底 用去离子水洗涤，80℃真空干燥，得到反蛋白石结构ZnIn2S4。
如图1所示，本发明实施例所得反蛋白石结构ZnIn2S4的XRD 衍射峰与标准卡片(PDF#65-2023)一致，说明所得ZnIn2S4为纯相， 高分子微球模板未出现残留。
如图2和3所示，在30000倍和80000倍的扫描电镜下都可以 清晰的观察到本发明实施例所得ZnIn2S4的形貌为反蛋白石结构，孔 径尺寸为100nm，ZnIn2S4分散性强，排布整齐规律。
为了说明本发明制备反蛋白石结构ZnIn2S4的产氢性能，本实施 例将光解水产氢效率评价实验在泊菲莱光解水装置上进行，采用天 美气相色谱检测H2的产量。实验过程为：将30mg所得ZnIn2S4光 催化材料加入70mL去离子水中，并加入30mL三乙醇胺作为空穴牺牲剂，以LED灯为光源，在光解水装置上进行光解水反应。系统 抽真空，反应温度25℃，然后以LED灯光对系统进行光照，每隔 1h检测系统中H2的含量，5h后结束反应。实施例1制备的ZnIn2S4与没有添加微球模板制备的ZnIn2S4作对比，结合图4可知，产氢速 率分别为100μmol/g-1·h-1和39.8μmol/g-1·h-1，实施例1制备的 ZnIn2S4的产氢速率远远大于普通油浴制备的ZnIn2S4的产氢速率， 反蛋白石结构ZnIn2S4具有优异的产氢性能。
实施例2
本实施例中的反蛋白石结构CdIn2S4光催化材料通过下述步骤 制备得到：
1)将玻璃基底垂直浸渍于0.1％聚乳酸微球水溶液中，50℃真空 干燥，得到负载有聚乳酸微球模板的玻璃基底；其中，所述聚乳酸 微球为蛋白石结构；
2)前驱体溶液配置：称取1mmol CdSO4，2mmol In(NO3)3·4H2O 和6mmol硫代乙酰胺置于80ml去离子水中，搅拌均匀。
3)将步骤1)得到的负载有聚乳酸微球模板的玻璃基底浸渍于 步骤2)制备的前驱体溶液中，在90℃下油浴反应6h至溶液烘干， 得到包覆所述聚乳酸微球模板的CdIn2S4玻璃基底；
4)将步骤3)得到的包覆所述聚乳酸微球模板的CdIn2S4玻璃 基底置于N,N-二甲基甲酰胺中，室温浸渍12h，去除所述聚乳酸微 球模板；
5)将去除所述聚乳酸微球模板的CdIn2S4玻璃基底用去离子水 洗涤，80℃真空干燥，得到反蛋白石结构CdIn2S4。
实施例3
本实施例中的反蛋白石结构ZnIn2S4光催化材料通过下述步骤 制备得到：
1)将玻璃基底垂直浸渍于0.05％聚甲基丙烯酸甲酯微球水溶液 中，50℃真空干燥，得到负载有聚甲基丙烯酸甲酯微球模板的玻璃 基底；其中，聚甲基丙烯酸甲酯微球为蛋白石结构；
2)前驱体溶液配置：称取1mmol Zn(NO3)2，2mmol InCl3·4H2O 和6mmol Na2S置于80ml去离子水中，搅拌均匀；
3)将步骤1)中得到的负载有聚甲基丙烯酸甲酯微球模板的玻 璃基底浸渍于步骤2)制备的前驱体溶液中，在80℃下油浴反应6h 至溶液烘干，得到包覆聚甲基丙烯酸甲酯微球模板的ZnIn2S4玻璃基 底；
4)将步骤3)得到的包覆聚甲基丙烯酸甲酯微球模板的MIn2S4玻璃基底置于N,N-二甲基甲酰胺中，室温浸渍12h，去除聚甲基丙 烯酸甲酯微球模板；
5)将去除所述甲基丙烯酸甲酯微球模板的ZnIn2S4玻璃基底用 去离子水洗涤，80℃真空干燥，得到反蛋白石结构ZnIn2S4。
本发明采用低温油浴-自组装合成反蛋白石结构MIn2S4(M为 Zn和/或Cd)半导体光催化剂还具有如下的优点和效果：
1)本发明采用自组装与低温油浴相结合，工序简单、易操作、 重复性操作强；
2)本发明得到的反蛋白石结构MIn2S4可以通过控制高分子微球 模板的尺寸来控制反蛋白石结构的孔径大小；
3)本发明得到的反蛋白石结构MIn2S4具有较大的比表面积、优 异的光催化降解、产氢、CO2还原、固氮性能和循环性能；
本发明制备方法简单，成本低廉。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发 明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说 明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于 限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为 使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进 行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是 本说明书记载的范围。
Claims (10)
1.一种反蛋白石结构MIn2S4光催化材料，其特征在于，由基底浸渍于高分子微球模板分散液中，得到负载有高分子微球模板的基底；再将所述基底浸渍于含有M源、铟源和硫源的前驱体溶液中，并进行加热反应生成包覆所述高分子微球模板的MIn2S4；其中，所述M源为锌源和镉源中的一种或两种；所述MIn2S4为ZnIn2S4和/或CdIn2S4；之后将包覆所述高分子微球模板的MIn2S4置于有机溶剂中去除所述高分子微球模板制备得到。
2.根据权利要求1所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料，其特征在于，所述高分子微球模板分散液中的高分子微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚乳酸微球和聚己内酯微球中的一种或多种；
和/或，所述M源为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、氯化镉、硝酸镉和硫酸镉中的一种或多种；
和/或，所述硫源为硫化钠、硫脲和硫代乙酰胺中的一种或多种；
和/或，所述前驱体溶液中的溶剂为水、乙醇和甲醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料，其特征在于，高分子微球在所述高分子微球模板分散液的质量百分数为0.01％～0.25％。
4.根据权利要求1所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料，其特征在于，所述M源、所述铟源和所述硫源的摩尔比为1:2:5～8。
5.根据权利要求1所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和乙腈中的一种或多种。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将基底浸渍于高分子微球模板分散液中，得到负载有高分子微球模板的基底；
2)将步骤1)中得到的所述负载有高分子微球模板的基底浸渍于含有M源、铟源和硫源的前驱体溶液中，并进行加热反应生成包覆所述高分子微球模板的MIn2S4基底；其中，所述M源为锌源和镉源中的一种或两种；所述MIn2S4为ZnIn2S4和/或CdIn2S4；
3)将步骤2)得到的所述包覆所述高分子微球模板的MIn2S4基底置于有机溶液中，去除所述高分子微球模板，得到反蛋白石结构MIn2S4。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，进行的所述加热反应为油浴反应，其中，所述油浴反应的温度为80～100℃，时间为4～12h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，将步骤2)得到的所述包覆所述高分子微球模板的MIn2S4基底置于有机溶液中，浸渍24h～48h，去除所述高分子微球模板。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，将基底浸渍于高分子微球模板分散液中，之后在40℃～80℃下真空干燥得到负载有高分子微球模板的基底。
10.权利要求1～5任一项所述的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料或者权利要求6～9任一项所述的制备方法制备的反蛋白石结构MIn2S4光催化材料在光催化降解、产氢、CO2还原或者固氮方面的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811454394.2A CN109692691A (zh) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811454394.2A CN109692691A (zh) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109692691A true CN109692691A (zh) | 2019-04-30 |
Family
ID=66230275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811454394.2A Pending CN109692691A (zh) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109692691A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110508291A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-29 | 中国矿业大学 | 一种Au-ZnIn2S4纳米阵列电极光催化固氮材料的制备方法 |
| CN111085234A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 西安交通大学 | 一种2d/2d氮掺杂钛酸镧/硫铟锌异质结光催化剂的制备方法 |
| CN111943135A (zh) * | 2019-05-17 | 2020-11-17 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种红光催化分解水产氢体系及其制备方法和应用 |
| CN114405550A (zh) * | 2022-02-09 | 2022-04-29 | 辽宁大学 | 一种NH2-UiO-66/CdIn2S4光催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102218333A (zh) * | 2011-01-07 | 2011-10-19 | 大连海事大学 | 一种在低温下制备ZnIn2S4可见光催化剂的方法 |
| CN103143379A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-12 | 北京化工大学 | 一步法制备氮掺杂二氧化钛反蛋白石薄膜光催化剂的方法 |
| CN103506135A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-01-15 | 云南大学 | 以藻类生物为模板制备ZnIn2S4光催化剂的方法 |
-
2018
- 2018-11-30 CN CN201811454394.2A patent/CN109692691A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102218333A (zh) * | 2011-01-07 | 2011-10-19 | 大连海事大学 | 一种在低温下制备ZnIn2S4可见光催化剂的方法 |
| CN103143379A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-12 | 北京化工大学 | 一步法制备氮掺杂二氧化钛反蛋白石薄膜光催化剂的方法 |
| CN103506135A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-01-15 | 云南大学 | 以藻类生物为模板制备ZnIn2S4光催化剂的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 俞洁等: "ＴｉＯ２ 反蛋白石光子晶体最新研究进展", 《影像科学与光化学》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111943135A (zh) * | 2019-05-17 | 2020-11-17 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种红光催化分解水产氢体系及其制备方法和应用 |
| CN111943135B (zh) * | 2019-05-17 | 2022-05-17 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种红光催化分解水产氢体系及其制备方法和应用 |
| CN110508291A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-29 | 中国矿业大学 | 一种Au-ZnIn2S4纳米阵列电极光催化固氮材料的制备方法 |
| CN110508291B (zh) * | 2019-09-02 | 2020-10-13 | 中国矿业大学 | 一种Au-ZnIn2S4纳米阵列电极光催化固氮材料的制备方法 |
| CN111085234A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 西安交通大学 | 一种2d/2d氮掺杂钛酸镧/硫铟锌异质结光催化剂的制备方法 |
| CN111085234B (zh) * | 2019-12-25 | 2021-05-28 | 西安交通大学 | 一种2d/2d氮掺杂钛酸镧/硫铟锌异质结光催化剂的制备方法 |
| CN114405550A (zh) * | 2022-02-09 | 2022-04-29 | 辽宁大学 | 一种NH2-UiO-66/CdIn2S4光催化剂及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109692691A (zh) | 反蛋白石结构MIn2S4光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN103331175B (zh) | 一种采用片层MoS2制备MoS2/ZnIn2S4纳米片复合材料的方法 | |
| CN110694648B (zh) | 一种光催化水裂解产氢钼掺杂硫化铟锌空心分级结构光催化剂及其制备方法 | |
| CN106362774B (zh) | 一种1D/2D垂直状CdS/MoS2产氢催化剂的制备方法 | |
| CN113751028B (zh) | 一种有机-无机杂化光催化析氢材料及其制备方法和应用 | |
| CN102671679A (zh) | 一种BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107537501B (zh) | 一种分级结构ZnO/CuO复合材料及其制备方法 | |
| CN102795661A (zh) | 一种分级花状ZnIn2S4三元化合物的制备方法 | |
| CN108927174A (zh) | 一种ZnS/rGO/CuS纳米光催化剂及其制备方法 | |
| CN109433238A (zh) | 一种有序分级孔的铁-氮掺杂氧还原碳催化剂及其制备方法 | |
| CN103638950A (zh) | 一种CuS纳米片光催化材料及制备方法 | |
| Yu et al. | Carbon dots driven directional charge migration on sulfur vacancy enriched ZnIn2S4 nanosheets for enhanced photocatalytic hydrogen evolution | |
| Guo et al. | Fabrication of ZnO/SrTiO3 nanoarrays and its photoelectrochemical performances | |
| CN107282075B (zh) | 一种复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN112844412A (zh) | 一种硫铟锌-MXene量子点复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN102557116A (zh) | 一种制备中空太阳能吸收材料CuInS2的方法 | |
| CN104275200B (zh) | 一种核壳结构ZnS/Ni2P复合物微球的制备方法 | |
| CN115007174A (zh) | 一种二维CdIn2S4纳米片及其制备方法、用途 | |
| CN109911945A (zh) | 一种基于肖特基结的二硫化钴/硫化镉复合材料的制备及其应用 | |
| CN106824228B (zh) | 一种花状硫化钴光催化剂及其制备方法 | |
| CN105197993B (zh) | 一种二维片状Cu3BiS3的制备方法 | |
| CN112588324B (zh) | 一锅法制备复合光催化剂CdS/ZIF-8的方法及其应用 | |
| CN112337485B (zh) | 一种四硫化二钴合镍-四硫化二铟合锌复合物、制备方法与应用 | |
| CN111111695A (zh) | 一种三维花状体锌硫镉光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN110721743B (zh) | 一种产甲烷的原子级分散铜@共价三嗪有机聚合物复合光催化剂及其制备与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190430 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |