CN112774695A - 一种可用于分解水的直接z型异质结光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂及其制备方法，属纳米材料制备和光催化环境能源及污染物治理技术领域。它包括化合物R1和化合物R2，所述化合物R1和化合物R2之间具有Z型异质结；所述化合物R1和化合物R2其中之一的价带位置＞2.38eV，另一个的价带位置＜2.38eV；在光源的照射作用下，所述Z型异质结在水中可催化生成·OH。本发明能够提升异质结光催化剂的氧化还原活性，增强异质结材料的光催化分解水并产生氢气和氧气的性能，其中TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂分解水并析出H2和O2的速率分别可以达到214.9μmol g‑ 1h‑1和81.7μmol g‑1h‑1。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备和光催化环境能源及污染物治理技术领域，更具体地说，涉及一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂及其制备方法。
背景技术
由于氢能高能量密度、可储存性和可运输性，在日益增长的能源需求中被认为是未来的绿色能源。在各种可持续的、经济的制氢方法中，光催化分解水(同时产生氢气和氧气)技术是目前研究的热门方向之一。因此，探索高效、稳定、经济的光催化剂对可持续发展的未来具有重要意义。光催化研究领域中，关于二氧化钛(TiO2)的研究最为活跃，其已被广泛应用于光电转换、空气净化、废水处理等领域。但由于带隙宽，光生载流子易复合等缺陷，阻碍了其推广和应用。为了解决这些问题，近年来科学家们进行了大量的研究。
经检索，中国发明专利CN111545235A公开了一种2D/2D g-C3N4/CoAl-LDH异质结材料的制备与光催化分解水产氢的应用，具体公开了：所述异质结材料的制备以g-C3N4纳米片为模板，通过原位一步水热法将CoAl-LDH负载在C3N4纳米片表面形成二维/二维平面异质结复合材料。该发明所得的平面异质结构的更大的接触界面积为光生载流子的迁移和分离提供更多的高速通道，从而保持了尽可能大的表面原子的占比，为光催化反应提供更多的活性位点，因此具有一定的催化产氢性能，但是这一类异质结材料无法催化产氧，这主要是因为异质结材料发生氧化反应的活性不够，无法将水分子氧化成氧气。
因此，无法提高异质结催化剂的氧化活性成为分解水产氧的主要难题，目前亟需设计一种能够有效促进光生电子和空穴的快速分离、增强光催化分解水的能力的异质结催化剂或其制备方法。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中的异质结材料发生氧化反应的活性不够、无法将水分子氧化成氧气问题，本发明提供一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂及其制备方法；通过设计选材的复合方式和其能带结构，使制得的异质结光催化剂在水中能产生活性自由基，从而有效解决异质结材料发生氧化反应的活性不够、无法将水分子氧化成氧气的问题。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，包括化合物R1和化合物R2，所述化合物R1和化合物R2之间具有Z型异质结；所述化合物R1和化合物R2其中之一的价带位置＞2.38eV，另一个的价带位置＜2.38eV；在氙灯的照射作用下，所述Z型异质结在水中可催化生成·OH。本发明中所使用的氙灯光源波长范围为190nm～1100nm。
优选地，所述R1中含有Ti元素；所述R2的化学式为AlBmCn；其中A和B相同或不同且各自独立地为化合价大于1的金属元素，C为氧元素或硫元素。
优选地，所述l为1～4，m为1～4，n为2～12。
优选地，所述R1为TiO2纳米片，其厚度为1.3nm～16nm。
优选地，所述R2为ZnIn2S4纳米片；所述TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的质量比为(1～200)：(16～1600)。
本发明的一种光催化剂的制备方法，所述光催化剂为本发明中的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其具体制备步骤为：
(1)制备出TiO2纳米片；
(2)将TiO2纳米片超声分散于溶剂中，再加入Zn2+盐、In3+盐和硫代类化合物进行油浴反应，反应结束后自然冷却至室温；将沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤1～6次，真空干燥，得到TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂。
优选地，所述(1)步骤中TiO2纳米片的制备方法为：将四氯化钛加入到醇溶液中，搅拌均匀至完全溶解后，所得混合溶液转移到水热反应釜中进行恒温反应，反应结束后将所得产物用超纯水和无水乙醇洗涤，离心后真空干燥，得到TiO2纳米片。
优选地，所述醇溶液为乙二醇，四氯化钛和乙二醇的体积比为(0.1～5)：(3～150)；
和/或所述恒温反应的温度为120℃～180℃，反应时间为3h～6h。
优选地，所述(2)步骤中溶剂为丙三醇和水的混合液，所述TiO2纳米片、丙三醇和水的质量比为(0.01～0.2)：(1～50)：(10～100)；和/或所述(2)步骤中Zn2+盐、In3+盐和硫代类化合物分别为氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺，氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺的质量比为(0.05～5)：(0.1～5)：(0.05～5)。
优选地，所述超声时间为0.5h～2h；和/或所述油浴温度为50℃～120℃，反应时间为0.5h～5h。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，包括化合物R1和化合物R2，所述化合物R1和化合物R2之间具有Z型异质结；所述化合物R1和化合物R2其中之一的价带位置＞2.38eV，另一个的价带位置＜2.38eV；在光源的照射作用下，所述Z型异质结在水中可催化生成·OH；通过上述设置，一方面能够使得光催化剂中发生氧化反应的价带能级降低，氧化活性增强，而发生还原反应的导带能级增加，对应还原活性增强，提升光生载流子的寿命，进而促进光生电子和空穴的快速分离，另一方面在水中能够产生·OH和·O2 -等活性自由基，而产生的具有强氧化性·OH为分解水反应中的主要活性物质，从而增强异质结材料的光催化分解水并产生氢气和氧气的性能。
(2)本发明的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，所述R1为TiO2纳米片，其厚度为1.3nm～16nm，所述R2为ZnIn2S4纳米片；所述TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的质量比为(1～200)：(16～1600)；通过在TiO2纳米片上复合ZnIn2S4纳米片，TiO2纳米片较大的比表面积不仅有利于改善ZnIn2S4单体易团聚等问题，而且为反应提供更多的活性位点，同时更有益于光催化反应的进行，能够获得价带更正、导带更负的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂，该催化剂分解水并析出H2和O2的速率分别可以达到214.9μmol g-1h-1和81.7μmolg-1h-1，具有优异的光催化性能。
(3)本发明的一种光催化剂的制备方法，所述光催化剂为本发明中的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其具体制备步骤为：1)制备出TiO2纳米片；2)将TiO2纳米片超声分散于溶剂中，再加入Zn2+盐、In3+盐和硫代类化合物进行油浴反应，反应结束后自然冷却至室温；将沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤1～6次，真空干燥，得到TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂；该制备方法操作简便，原料易得，通过上述制备方法，能够获得光催化性能优异的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂。
附图说明
图1为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂的扫描电镜图；
图2为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂的透射电镜图；
图3为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂的高倍透射电镜图；
图4为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂的元素mapping图；
图5为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂、TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的X射线光电子能谱；
图6为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂、TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的X射线衍射图；
图7为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂、TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的紫外-可见吸收光谱；
图8为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂、TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的光电流谱；
图9为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂、TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的阻抗图；
图10和图11为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂、TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的电子顺磁共振图谱；
图12为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂、TiO2纳米片、ZnIn2S4纳米片和TiO2&ZnIn2S4在氙灯照射下的光催化分解水效果图；
图13为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂的循环稳定性效果图；
图14为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂在反应前后的X射线衍射图；
图15为本发明的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂的光催化反应机理示意图。
图16为本发明的不同复合比例的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结催化剂的光催化分解水效果图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。
本发明中所制备的光催化剂的光催化降解的活性评价：采用CHROMATOGRAPH光催化系统，300W的氙灯作为光源(CEL_HXF300/CEL-HXUV300)；开灯前，充分超声并通N2 30min完全去除空气；20mg的光催化剂加入到50mL(40mL纯水和10mL三乙醇胺)的溶液中，在无助催化剂的条件夏进行光催化分解水反应。
实施例1
本实施例提供一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂及其制备方法，该异质结光催化剂中TiO2和ZnIn2S4的质量比为10:676.2，即为本发明中的TNZIS-10，其具体制备方法如下：
(1)将0.5mL四氯化钛加入到15mL乙二醇溶液中，搅拌均匀至完全溶解后，所得混合溶液转移到水热反应釜中，密封反应釜后，置于170℃烘箱中进行水热处理4h。反应结束后，对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤，离心后真空干燥，得到TiO2纳米片。
(2)取0.083g超薄TiO2纳米片于丙三醇与水的混合溶液(丙三醇26mL，水40mL)，超声分散0.8h，再加入2.0g氯化铟、0.9g氯化锌和1.2g硫代乙酰胺，进行110℃油浴反应3h，反应结束后自然冷却至室温。所得的沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤2次，真空干燥，得到TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂。
图16中的TNZIS-10为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下光催化分解水的效果图，由图可知，该催化剂分解水并析出H2和O2的速率分别为46.6μmol g-1h-1和2.7μmol g- 1h-1。(TNZIS-X，X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为80mL时，TiO2纳米片添加量为Xmg。)
实施例2
本实施例提供一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂及其制备方法，该异质结光催化剂中TiO2和ZnIn2S4的质量比为30：676.2，即为本发明中的TNZIS-30，其具体制备方法如下：
(1)将1mL四氯化钛加入到20mL乙二醇溶液中，搅拌均匀至完全溶解后，所得混合溶液转移到水热反应釜中，密封反应釜后，置于150℃烘箱中进行水热处理5h。反应结束后，对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤，离心后真空干燥，得到TiO2纳米片。
(2)取0.049g超薄TiO2纳米片于丙三醇与水的混合溶液(丙三醇35mL，水95mL)，超声分散1.2h，再加入3.8g氯化铟、2.1g氯化锌和2.3g硫代乙酰胺，进行60℃油浴反应4.5h，反应结束后自然冷却至室温。所得的沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤6次，真空干燥，得到TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂。
图16中的TNZIS-30为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下光催化分解水的效果图，由图可知，该催化剂分解水并析出H2和O2的速率分别为75.1μmol g-1h-1和20.4μmolg-1h-1。(TNZIS-X，X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为80mL时，TiO2纳米片添加量为Xmg。)
实施例3
本实施例提供一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂及其制备方法，该异质结光催化剂中TiO2和ZnIn2S4的质量比为80：676.2，即为本发明中的TNZIS-80，其具体制备方法如下：
(1)将2mL四氯化钛加入到40mL乙二醇溶液中，搅拌均匀至完全溶解后，所得混合溶液转移到水热反应釜中，密封反应釜后，置于180℃烘箱中进行水热处理3h。反应结束后，对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤，离心后真空干燥，得到TiO2纳米片。
(2)取0.136g超薄TiO2纳米片于丙三醇与水的混合溶液(丙三醇36mL，水100mL)，超声分散1.9h，再加入3.5g氯化铟、2.9g氯化锌和3.2g硫代乙酰胺，进行95℃油浴反应2.8h，反应结束后自然冷却至室温。所得的沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤5次，真空干燥，得到TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂。
图16中的TNZIS-80为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下光催化分解水的效果图，由图可知，该催化剂分解水并析出H2和O2的速率分别为51.5μmol g-1h-1和21.0μmolg-1h-1。(TNZIS-X，X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为80mL时，TiO2纳米片添加量为Xmg。)
实施例4
本实施例提供一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂及其制备方法，该异质结光催化剂中TiO2和ZnIn2S4的质量比为50：676.2，即为本发明中的TNZIS-50，其具体制备方法如下：
(1)将3mL四氯化钛加入到100mL乙二醇溶液中，搅拌均匀至完全溶解后，所得混合溶液转移到水热反应釜中，密封反应釜后，置于140℃烘箱中进行水热处理6h。反应结束后，对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤，离心后真空干燥，得到TiO2纳米片。
(2)取0.069g超薄TiO2纳米片于丙三醇与水的混合溶液(丙三醇46mL，水65mL)，超声分散1.1h，再加入3.1g氯化铟、1.3g氯化锌和3.7g硫代乙酰胺，进行78℃油浴反应1.0h，反应结束后自然冷却至室温。所得的沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤3次，真空干燥，得到TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂。
图16中的TNZIS-50为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下光催化分解水的效果图，由图可知，该催化剂分解水并析出H2和O2的速率分别为214.9μmol g-1h-1和81.7μmolg-1h-1。(TNZIS-X，X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为80mL时，TiO2纳米片添加量为Xmg。)
如图16所示，将实施例1～4的TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂对分解水效果进行对比可以发现，实施例4中的TNZIS-50光催化分解水性能最佳，析出H2和O2的速率分别为214.9μmol g-1h-1和81.7μmol g-1h-1；为了表征其循环稳定性能，如图8所示对其进行了光电流响应测试，从图中可以看到稳定的光电流响应；以及从图13的多次产氢产氧的循环性能可以看到，氢气和氧气的产量基本比较稳定，说明该催化剂经过五次重复实验仍然保持了较高的光催化活性；另外如图14所示，在测试前后分别对其进行了XRD测试，从图中可以看到TNZIS-50衍射峰的位置基本未发生偏移，表明其晶格结构未发生改变，具有较高的稳定性。
除此之外，本发明还针对该TNZIS-50进行了形貌的表征，如图1和图2分别为TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂的SEM图和TEM图，从图中可以看到，该催化剂呈现松散的纳米花状结构，具有较高的比表面积和较多的活性位点，从图3的HRTEM可以看到TiO2和Zn2InS4复合在一起，说明两者之间的异质结构构建成功；图4的元素mapping同样表明了该催化剂中含有Ti、O、Zn、In和S元素，与TEM图的结果吻合。
对比例1
本对比例提供一种光催化剂，该催化剂为TiO2纳米片；本对比例作为基础对照试验，直接对TiO2纳米片进行测试，并与实施例4中的TNZIS-50进行对比。
对比例2
本对比例提供一种光催化剂，该催化剂为Zn2InS4纳米片；本对比例作为基础对照试验，直接对Zn2InS4纳米片进行测试，并与实施例4中的TNZIS-50进行对比。
对比例3
本对比例提供一种光催化剂，该催化剂为TiO2纳米片和Zn2InS4纳米片的物理混合物；本对比例作为基础对照试验，直接对该混合物进行测试，并与实施例4中的TNZIS-50进行对比。
如图12所示，对比例1～3所提供的光催化剂分别进行光催化分解水的测试，并与TNZIS-50对比，从图中可以看到，对比例1的TiO2纳米片分解水并析出H2和O2的速率分别为4.0μmol g-1h-1和0μmol g-1h-1，对比例2的Zn2InS4纳米片分解水并析出H2和O2的速率分别为29.0μmol g-1h-1和0μmol g-1h-1，对比例3的TiO2纳米片和Zn2InS4纳米片的物理混合物分解水并析出H2和O2的速率分别为42.9μmol g-1h-1和2.2μmol g-1h-1；由此可见，对于TiO2纳米片、Zn2InS4纳米片以及TiO2纳米片和Zn2InS4纳米片的物理混合物，其催化性能均不如TNZIS-50，这表明将TiO2纳米片和Zn2InS4纳米片进行本发明的复合能够有效提升其光催化性能。
除此之外，本发明还将TiO2纳米片、Zn2InS4纳米片和TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂进行了XPS图谱(图5)对比和XRD图谱(图6)对比，从图中可以看到，TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂中出现明显了TiO2与Zn2InS4的特征峰，而XPS中能清晰的观察到归属于Ti、O、Zn、In和S元素的特征峰，证明了在复合光催化剂中TiO2与Zn2InS4的存在，两者复合成功；另外，从紫外-可见吸收光谱(图7)可以看到，ZnIn2S4的引入极大程度地提升了TiO2纳米片对可见光的吸收，表明TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂可在可见光下使用；从光电流图(图8)及阻抗图(图9)中可以看到，TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂相比于单体TiO2和Zn2InS4，出现了光电流强度的增强和阻抗减小的明显现象，说明复合后的催化剂的光生-电子空穴对复合率降低，这也是TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂的光催化降解性能提升的原因。
为了探究TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂的催化机理，分别对TiO2纳米片、Zn2InS4纳米片和TiO2/Zn2InS4直接Z型异质结光催化剂进行了电磁顺磁共振谱图的测试，如图10和图11所示，光催化反应中复合催化剂TiO2/ZnIn2S4在光催化反应中产生了·O2 -和·OH自由基，而·OH为反应中参与的主要活性物种，在强氧化性的·OH作用下，能够有效析出氧气；从图15可以看出，TiO2的价带能级位置为2.41eV，ZnIn2S4的价带能级位置为1.40eV，而OH-/·OH的氧化电位为2.38eV，若该催化剂为type-Ⅱ型异质结构，则氧化反应发生在ZnIn2S4的价带上，若该催化剂为Z型异质结构，则氧化反应发生在TiO2的价带上，根据图10的电磁顺磁共振谱图可以看到有明显的·OH振动峰，说明·OH存在于水中；因此也证明了TiO2/Zn2InS4异质结光催化剂为Z型，直接Z型结构不仅避免了电子介质的电荷消耗，而且能有效地分离光生成的电子-空穴对，从而实现较强的氧化还原特性，更有利于异质结构的光催化活性，这一结论与Z型异质结的电荷转移模型是一致的，因此能够有效提升光催化分解水的性能，从而同时析出氢气和氧气。
对比例4
本对比例提供一种TiO2/ZnIn2S4纳米纤维异质结光催化剂及其制备方法，该催化剂与实施例4的主要区别在于该催化剂为type-Ⅱ型，其具体制备方法如下：
将5mL钛酸四丁酯加入到10mL酒精和3mL醋酸的混合物的烧杯中。将其用塑料薄膜密封，随后搅拌2小时得到均匀的溶液。
而后向上述溶液中加入1g乙烯基吡咯烷酮，密封连续搅拌10h。将该溶液放置于静电纺丝机针筒内，在电压为15kV、送料速率为1.5mL/h条件下进行静电纺丝。得到的产物在550℃下退火3h，得到TiO2纳米杆。
取1mmol的二氧化钛纳米纤维在45mL超纯水中超声分散，然后加入0.2mmol醋酸锌、0.4mmol三氯化铟和1.6mmol硫代乙酰胺，搅拌均匀后转移到反应釜中，在160℃条件下水热反应10h。所得的沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤3次，60℃下真空干燥8h，得到TiO2/ZnIn2S4纳米纤维异质结光催化剂。
为了验证本发明方法制备的TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂的更为优异的光催化性能，进行了实施例4和对比例1光催化分解水对比测试。
结果发现，对比例1得到的TiO2/ZnIn2S4纳米纤维异质结催化剂在与实施例4实验条件相同且均没有助催化剂情况下，H2和O2的析出速率仅为37.5μmol g-1h-1和3.21μmol g- 1h-1。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。
Claims (10)
1.一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其特征在于，包括化合物R1和化合物R2，所述化合物R1和化合物R2之间具有Z型异质结；所述化合物R1和化合物R2其中之一的价带位置＞2.38eV，另一个的价带位置＜2.38eV；在氙灯的照射作用下，所述Z型异质结在水中可催化生成·OH。
2.根据权利要求1所述的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其特征在于，所述R1中含有Ti元素；所述R2的化学式为AlBmCn；其中A和B相同或不同且各自独立地为化合价大于1的金属元素，C为氧元素或硫元素。
3.根据权利要求1所述的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其特征在于，所述l为1～4，m为1～4，n为2～12。
4.根据权利要求3所述的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其特征在于，所述R1为TiO2纳米片，其厚度为1.3nm～16nm。
5.根据权利要求4所述的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其特征在于，所述R2为ZnIn2S4纳米片；所述TiO2纳米片和ZnIn2S4纳米片的质量比为(1～200)：(16～1600)。
6.一种光催化剂的制备方法，其特征在于，所述光催化剂为权利要求1～5任一项所述的一种可用于分解水的直接Z型异质结光催化剂，其具体制备步骤为：
(1)制备出TiO2纳米片；
(2)将TiO2纳米片超声分散于溶剂中，再加入Zn2+盐、In3+盐和硫代类化合物进行油浴反应，反应结束后自然冷却至室温；将沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇各洗涤1～6次，真空干燥，得到TiO2/ZnIn2S4直接Z型异质结光催化剂。
7.根据权利要求6所述的一种光催化剂的制备方法，其特征在于，所述(1)步骤中TiO2纳米片的制备方法为：将四氯化钛加入到醇溶液中，搅拌均匀至完全溶解后，所得混合溶液转移到水热反应釜中进行恒温反应，反应结束后将所得产物用超纯水和无水乙醇洗涤，离心后真空干燥，得到TiO2纳米片。
8.根据权利要求7所述的一种光催化剂的制备方法，其特征在于，所述醇溶液为乙二醇，四氯化钛和乙二醇的体积比为(0.1～5)：(3～150)；
和/或所述恒温反应的温度为120℃～180℃，反应时间为3h～6h。
9.根据权利要求6所述的一种光催化剂的制备方法，其特征在于，所述(2)步骤中溶剂为丙三醇和水的混合液，所述TiO2纳米片、丙三醇和水的质量比为(0.01～0.2)：(1～50)：(10～100)；
和/或所述(2)步骤中Zn2+盐、In3+盐和硫代类化合物分别为氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺，氯化锌、氯化铟和硫代乙酰胺的质量比为(0.05～5)：(0.1～5)：(0.05～5)。
10.根据权利要求9所述的一种光催化剂的制备方法，其特征在于，所述超声时间为0.5h～2h；
和/或所述油浴温度为50℃～120℃，反应时间为0.5h～5h。
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