CN107744814A - 一种复合光催化剂的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光催化剂的制备领域，具体涉及一种简单合成的ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂及其制备方法。以锌盐和铟盐和硫源为前驱体，通过简单水热法合成得到立方晶相的ZnIn2S4，之后通过二次溶剂热后处理即可得到高性能的ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂。本发明首次将ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂用于光催化选择性氧化苯甲醇制苯甲醛。合成的ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂具有高催化效率和高选择性。该催化剂制备方法简单，便于大规模生产，该复合型光催化材料在材料制备技术领域和选择性有机合成领域具有广泛地实用价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种丰富、清洁并且能无限利用的能源，具有十分广阔的应用前景。太阳能光催化是利用太阳能的一种重要途径，包括能源光催化和环境光催化。通过人工光合作用直接将太阳能转化为化学能为解决能源和环境危机提供了一种绿色环保的途径。这一先进技术的核心问题是设计高效的催化剂以期最大限度地吸收太阳光来产生大量的光生载流子从而驱动氧化还原反应。然而，大多数传统的半导体催化剂由于电子空穴对的复合率高而很难达到理想的太阳能利用率。半导体与半导体的复合以及半导体上的金属负载为提高电子空穴的分离效率提供了良好途径。
醇催化氧化为醛是一种重要的有机催化反应，适用于各种化学物质的合成。以苯甲醛为例，传统工业生产中有两种不同的合成路径：一种是通过甲苯氯化水解或甲苯氧化获得，其所得产品价格低廉，但是易残留有毒和致癌的物质 (如Cl，F)；另一种是通过绿色合成高价值的产物（如苯甲酸甲酯还原法、苯甲醇氧化法），其可直接作为天然化妆品或医学原料，但由于其产量低、能耗高，难以实现广泛的应用。因此，发展一种高效无毒的绿色方法实现醇-醛转化成为当前研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种ZnIn2S4/In(OH)3复合型光催化剂及其制备方法，该催化剂易于制备，对环境友好；该ZnIn2S4/In(OH)3催化剂通过异质复合实现了高的电子空穴分离效率和光催化选择性氧化苯甲醇制苯甲醛的活性。
为了达到该发明目的，采取的具体技术方案为：
所述ZnIn2S4/In(OH)3复合型光催化剂的制备方法，其制备步骤如下：
（1）取铟盐、锌盐和硫源溶于水溶液中，将其混合均匀并调节pH至0.1-4.0，后经水热晶化处理、离心、过滤、洗涤、干燥制得ZnIn2S4；
（2）取上述ZnIn2S4样品，置于醇水混合溶液中进行二次水热晶化处理，随后冷却、过滤、分离、干燥制得ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂。
其中步骤（1）中铟盐为硝酸铟或氯化铟；锌盐为硝酸锌或醋酸锌；硫源为硫脲或者硫代乙酰胺；水热温度为100～200℃，晶化时间为12～48h，水溶液体积为1～80mL。
其中步骤（2）中醇水混合溶液的醇水体积比为0.1～1.5，体积为1～80mL，二次水热晶化处理的温度为100～200℃，时间为1～36h。
所述ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂在光催化制备苯甲醛上的应用，其具体步骤为：
取8mgZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂分散在1～10mL三氟甲苯与0.1mmol苯甲醇中，通入氧气，光照，即得反应产物苯甲醛。其中所述通入氧气的速度，按催化剂的质量计为20～400mL/min/g；所述光照为大于400纳米的可见光，光照时长为1～24h。
本发明的显著优点在于：
本发明可以通过改变制备条件来合成ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂，并将其用于催化氧化苯甲醇制苯甲醛中。该方法具有选择性高、能耗小、对设备腐蚀性低、对环境无污染等特点，且苯甲醇的转化率大于30％、苯甲醛的选择性大于99％。
附图说明
图1本发明复合材料的场发射扫描电子显微镜（FSEM）图；其中图1中的a图为ZnIn2S4；图1中的b图为ZnIn2S4/In(OH)3，其中图1中b图圆圈处为生成ZnIn2S4/In(OH)3的特征形貌图。
图2是ZnIn2S4/In(OH)3复合材料的透射电子显微镜图，圆圈处的细节放大图为图3所示。
图3为ZnIn2S4/In(OH)3复合材料的高分辨透射电子显微镜图。
图4是ZnIn2S4和ZnIn2S4/In(OH)3选择性氧化苯甲醇制苯甲醛的活性图。
图5是空白ZnIn2S4和ZnIn2S4/In(OH)3光电流测试图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
ZnIn2S4的制备：
准确称取1mmol硝酸锌、2mmol硝酸铟和2mmol硫代乙酰胺，调节溶液的pH至1.5，溶解于70ml水中，混合搅拌均匀后转移到100 ml反应釜中，在170 ℃下水热晶化10 h，然后离心、洗涤、干燥得到ZnIn2S4样品。
将8mg ZnIn2S4光催化剂和0.1mmol的苯甲醇在三氟甲苯中搅拌均匀，在黑暗条件下搅拌0.5 h，同时通入氧气（80 ml/min）以达到饱和，达到吸附平衡后将其置于可见光下照射。2h后将反应溶液经离心处理，通过气相色谱进行分析。
实施例2
ZnIn2S4/In(OH)3的制备：
准确称取1mmol硝酸锌、2mmol硝酸铟和2mmol硫代乙酰胺，调节溶液的pH至1.5，溶解于70ml水中，混合搅拌均匀后转移到100 ml反应釜中，在170 ℃下水热晶化16 h，然后离心、洗涤、干燥得到ZnIn2S4样品。将所制得的ZnIn2S4样品（40 mg）分散到80 ml乙醇水的混合溶液中，将其搅拌混合均匀后转移到100 ml反应釜中，在170 ℃下水热晶化10 h，然后离心、洗涤、干燥得到ZnIn2S4/In(OH)3样品。
将8mg ZnIn2S4/In(OH)3光催化剂和0.1mmol的苯甲醇在三氟甲苯中搅拌均匀，在黑暗条件下搅拌0.5 h，同时通入氧气（80 ml/min）以达到饱和，达到吸附平衡后将其置于可见光下照射。2h后将反应溶液经离心处理，通过气相色谱进行分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种复合型光催化剂，其特征在于：所述光催化剂为ZnIn2S4/In(OH)3复合型光催化剂，其是通过以锌盐和铟盐和硫源为前驱体，通过水热法合成得到立方晶相的ZnIn2S4，之后通过二次溶剂热后处理得到ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂。
2.一种制备如权利要求1所述的复合型光催化剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）取铟盐、锌盐和硫源溶于水溶液中，将其混合均匀并调节pH至0.1-4.0，后经水热晶化处理、离心、过滤、洗涤、干燥制得ZnIn2S4；
（2）取上述ZnIn2S4样品，置于醇水混合溶液中进行二次水热晶化处理，随后冷却、过滤、分离、干燥制得ZnIn2S4/In(OH)3复合光催化剂。
3.根据权利要求2所述的复合型光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中铟盐为硝酸铟或氯化铟；锌盐为硝酸锌或醋酸锌；硫源为硫脲或者硫代乙酰胺；其中铟盐、锌盐和硫源的物质的量的比为1：2：2；水热温度为100～200℃，晶化时间为12～48h，水溶液体积为1～80mL。
4.根据权利要求2所述的复合型光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中醇水混合溶液的醇水体积比为0.1～1.5，体积为1～80mL，二次水热晶化处理的温度为100～200℃，时间为1～36h。
5.一种如权利要求1所述的复合型光催化剂的应用，其特征在于：所制备的光催化剂用于光催化选择性氧化苯甲醇制得苯甲醛。
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2017
- 2017-10-20 CN CN201710998318.7A patent/CN107744814A/zh active Pending
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