CN112827503A - 一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料及其制备方法。上述产氢材料，包括MXene以及负载于MXene上的硫化铟锌纳米片。上述制备方法包括：采用溶剂热法将硫化铟锌纳米片沉积到MXene上，后处理得2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料。本发明的产氢材料具体较大的比表面积，保证了催化剂与反应物间的充分接触和催化作用，增大了催化活性位点的暴露，提高了产氢效果。上述制备方法工艺简单，实验重复性好，溶剂热法制备的产氢材料的产氢效率高达3068.7μmol g‑1h‑1，较单相2D硫化铟锌提高了4.5倍，且具有较好的抗光腐蚀能力，表现出良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于光催化分解水产氢材料技术领域，具体涉及一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料及其制备方法。
背景技术
全球对能源的需求不断增大，氢能作为一种清洁的可再生能源被广为关注，为了实现可持续发展，运用太阳能产氢被认为是一种有前途的策略，那么寻找光催化材料有效的将太阳能转化为化学能源成为重中之重。在光催化半导体材料体系中，金属硫化物已被证明在可见光下可有效地催化水释放氢气，因具有稳定的化学性能以及对于光催化水分解制氢具有合适的能带位置，被广泛研究，前景广为看好。
硫化铟锌作为三元硫族化物中的重要一员，是一种n型半导体，其独特的电子结构，合适的禁带宽度及能带位置吸引了研究者们的广泛关注。其中，相比较0D和1D结构，2D纳米片结构具有高比表面积可暴露出较丰富的催化活性位点。与此同时，其制备过程简单，可通过一步溶剂热法得到，所以在光催化领域中广为应用。然而，因为硫化铟锌产生的光生电子不能快速有效的传导，造成硫化铟锌光生载流子的分离率低，且在光催化过程中容易发生光腐蚀，使硫化铟锌光催化稳定性也差强人意，这些因素极大地限制了其在光催化方面的效率。
根据目前报道的硫化铟锌光催化产氢(参考文献：Nat.Commun.8(2017)14224；Appl.Catal.B Environ.206(2017)344-352)，其通过电荷自剥落制备的层状硫化铟锌以及溶剂热法合成的石墨烯改性硫化铟锌，在助催化剂Pt的作用下均具有较好的光催化产氢性能。但Pt是贵金属，价格昂贵，商用价值较小。因此，为提高硫化铟锌在光催化分解水产氢反应体系中的活性，我们需要寻找一种与Pt催化活性匹敌的助催化剂，同时兼顾价格低廉，实用价值高。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料的制备方法，由其制备的产氢材料的产氢性能及其稳定性优异，且成本较低，具有较好的应用前景。
一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料，包括MXene以及负载于所述MXene上的硫化铟锌纳米片。
上述MXene是一种具有良好导电性的层状结构材料，可有效地进行电荷转移，将产生的光生电子快速迁移至表面参与水分解产氢反应。
MXene具有合适的费米能级可与硫化铟锌之间形成肖特基能垒，有效的促进光生电子与空穴的分离。同时，MXene表面的羟基官能团可增大材料的亲水性，提高对水的吸附能力。除此之外，MXene价格低廉，实用价值高。
基于上述MXene的优异特性，考虑到2D/2D结构在异质结界面充分的界面接触，可有效促进光生电子的传导，减弱光生电子-空穴的复合，本发明将MXene作为硫化铟锌的载体和助催剂，设计了2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料，显著提高了单相硫化铟锌光催化材料的光催化性能和稳定性，且成本低廉，具有较高的实用价值。
作为优选，所述MXene为Ti3C2Tx，其中，Tx为表示表面终止基团。
作为优选，所述硫化铟锌为ZnmIn2Sm+3，其中，m＝1或2或3；作为进一步优选，m＝2，即所述硫化铟锌为Zn2In2S5。
本发明还提供上述任一项所述的2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料的制备方法，包括：
硫化铟锌纳米片与MXene进行溶剂热反应，后处理得所述2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料。
上述制备方法采用溶剂热法将硫化铟锌纳米片包裹于MXene表面，使二者形成异质结，即肖特基能垒，促进电子从硫化铟锌纳米片上传递到MXene上，且不会再回到硫化铟锌纳米片上，进而促进该体系的光生-电子空穴对的分离与转移，提高了光催化产氢活性。
作为优选，溶剂热法所用的溶剂为乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂。还原性溶剂乙二醇能够防止高温溶剂热条件下MXene发生氧化，同时能够增大溶剂粘度，进而可以得到尺寸较小的硫化铟锌纳米片，提高硫化铟锌纳米片与MXene的接触面积，利于提升光生载流子的迁移能力。
作为进一步优选，所述溶剂中，乙二醇与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(0.5～1.5)：1；更进一步优选为1：1。
作为优选，所述MXene与所述硫化铟锌纳米片的质量比为(0.01～0.06)：1；进一步优选为0.025：1。
作为优选，所述MXene通过蚀刻和震荡剥离MAX相制备，操作过程如下：
1.1将LiF溶于浓盐酸中，得溶液A；
1.2将所述MAX相加入至上述溶液A中，离心分层，取上清液，调节pH为6，震荡剥离，上清液冷冻干燥，得所述MXene。
作为进一步优选，所述MAX相为Ti3AlC2。
作为优选，所述产氢材料的制备方法，包括以下步骤：
a、向溶剂中加入所述MXene，得溶液B；
b、分别向所述溶液B中加入锌源、铟源和硫源，保温反应，反应结束，后处理得所述硫化铟锌/MXene产氢材料。
作为进一步优选，所述锌源为Zn(CH3COO)2、ZnCl2、Zn(NO3)2中的一种或多种；所述铟源为InCl3·H2O；所述硫源为硫代乙酰胺(TAA)。
作为进一步优选，步骤b中，保温反应温度为120～200℃，反应时间为12～20小时；更进一步优选为180℃下保温反应20小时。
作为具体优选，所述产氢材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)向乙二醇与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中加入MXene，得溶液B；
(2)分别向所述溶液B中加入锌源、铟源和硫源，120～200℃下保温反应12～20小时，反应结束后，冷却至室温取出反应物，后处理得所述硫化铟锌/MXene产氢材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的产氢材料以MXene作为助催剂和载体，MXene是一种具有良好导电性的2D层状结构材料，作为助催化剂可与硫化铟锌半导体之间形成肖特基能垒，有效的促进光生电子与空穴的分离，进而提高光催化产氢活性；且其表面的羟基官能团，具有亲水性，增加了对水的吸附能力，更进一步提高了光催化产氢活性；另外，MXene价格低廉，由其制备的产氢材料在达到较高的光催化产氢活性的同时，节省了成本，具有较好的应用前景。
2、本发明的制备方法在实验过程中通过加入还原性溶剂乙二醇，防止高温溶剂热条件下MXene发生氧化，同时增大溶剂粘度，得到尺寸较小的硫化铟锌纳米片，提高了硫化铟锌与MXene的接触面积，利于提升光生载流子的迁移能力。
3、本发明的2D/2D Zn2In2S5/MXene具体较大的比表面积，保证了催化剂与反应物间的充分接触和催化作用，增大了催化活性位点的暴露，从而大大提高了光催化产氢效果。
4、本发明中的2D/2D Zn2In2S5/MXene，制备方法工艺流程简单，实验重复性好，溶剂热法制备的硫化铟锌/MXene复合材料的产氢效率高达3068.7μmol g-1h-1，较单相2D硫化铟锌提高了4.5倍，且具有较好的抗光腐蚀能力，表现出良好的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的MNZIS-2与对比例1中制备的单相2D Zn2In2S5和对比例2中制备的MNZIS-0产氢性能对比图；
图2为本发明实施例1中制备的MNZIS-2的产氢性能稳定性测试结果图；
图3为本发明实施例1中制备的MNZIS-2与对比例1中制备的单相2D Zn2In2S5的X射线衍射对比图；
图4为本发明实施例1中制备的MXene的场发射扫描电镜图；
图5为本发明实施例1中制备的MXene的原子力显微镜图；
图6为本发明对比例1中制备的Zn2In2S5的场发射扫描电镜图；
图7为本发明实施例1中制备的MNZIS-2的场发射扫描电镜图；
图8为本发明实施例1中制备的MNZIS-2与实施例2中制备的MNZIS-1和MNZIS-3的产氢性能对比图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
制备2D MXene：取0.5g LiF，将其加入到浓盐酸(12mol/L)7.5mL溶液中，搅拌至澄清，得溶液A。取0.5g MAX相的Ti3AlC2，缓慢加入至溶液A中，油浴磁力搅拌(450r、35℃)96h，9000r、5min离心，倒出上清液，用去离子水洗涤离心多次，至溶液pH约为6，得到多层MXene分散液。将得到的多层MXene分散液震荡超声6小时，将分散液3500r、30min离心，取上清液，冷冻干燥，得到MXene粉末。制得的MXene场发射扫描电镜图和原子力显微镜如图4和5所示，由图中可清晰的看出MXene的厚度大约为2nm，层数为3～5层。
溶剂热法制备2D/2D Zn2In2S5/MXene复合材料光催化剂：将乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺以1：1的比例在烧杯中混合均匀得到混合溶剂(体积为60mL)，边搅拌边向混合溶剂中缓慢加入13mg MXene粉末，得到澄清的黑色溶液；然后分别加入2mmol Zn(CH3COO)2、2mmol InCl3·H2O和5mmol TAA搅拌均匀；将得到的混合溶液倒入100mL反应釜中，在180℃的温度下恒温放置20h，待冷却至室温25℃取出，取出所得到的沉淀物，用离子水与无水乙醇交替洗涤3次后，冷冻干燥得到深绿色的2D/2D Zn2In2S5/MXene产氢材料，记为MNZIS-2。
上述制得的MNZIS-2的场发射扫描电镜图如图7所示，由图7可以看出MNZIS-2的形貌，Zn2In2S5为尺寸较小的片状结构，并包裹在MXene表面。
产氢性能稳定性实验(具体实施步骤参见下文“产氢性能测试”)：
将MNZIS-2样品光催化产氢测试6h后，真空抽取系统内的气体10min以除去反应的气体，随后进入测试第2个循环，以此类推测3个循环，总共18h。最后将反应后的样品离心、烘干，放置30天后，在同样的反应条件下测试光催化产氢量。
实验结果如图2所示，产氢性能无明显下降，表明本发明制备的2D/2D Zn2In2S5/MXene产氢材料具有良好的产氢性能稳定性。
对比例1
制备单相2D Zn2In2S5：将乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺以1:1的比例在烧杯中混合均匀得到混合溶液，然后依次加入2mmol Zn(CH3COO)2、2mmol InCl3·H2O和5mmol TAA搅拌均匀；将得到的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，在180℃的温度下恒温放置20h，待冷却至室温25℃取出。取出沉淀物，用离子水与无水乙醇交替洗涤3次后，冷冻干燥得到黄色单相2D Zn2In2S5产氢材料。
上述制得的单相2DZn2In2S5产氢材料的场发射扫描电镜图如图6所示。
本对比例中制备的单相2DZn2In2S5产氢材料和实施例1中制备的MNZIS-2的X射线衍射对比图如图3所示，从图3中的衍射峰的峰位可以看出实施例1中溶剂热法制备的MNZIS-2为Zn2In2S5/MXene，未有其他杂相和ZnS、In2S3、氧化物或其它杂质存在，纯度较高。
对比例2
制备2D MXene：取0.5g LiF，将其加入到浓盐酸(12mol/L)7.5mL溶液中，搅拌至澄清溶液(溶液A)。取0.5g MAX相的Ti3AlC2，缓慢加入至混合溶液A中，油浴磁力搅拌(450r、35℃)96h，9000r、5min离心，倒出上清液，用去离子水洗涤离心多次，至溶液pH约为6，得到多层MXene分散液。将得到的多层MXene分散液手摇震荡超声数小时，将分散液3500r、30min离心，取上清液，得到单层或少层MXene。
制备单相2D Zn2In2S5：将乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺以1:1的比例在烧杯中混合均匀得到混合溶液，然后依次加入2mmol Zn(CH3COO)2、2mmol InCl3·H2O和5mmol TAA搅拌均匀；将得到的混合溶液倒入100ml水热反应釜中，在180-℃的温度下恒温放置20h，待冷却至室温25℃取出。取出沉淀物，用离子水与无水乙醇交替洗涤3次后，冷冻干燥得到黄色单相2D Zn2In2S5粉末。
机械混合制备Zn2In2S5/MXene-mix复合材料：取400mg单相2D Zn2In2S5和10mg 2DMXene材料混合放入球磨罐中，以300rad/min的转速球磨12h。然后将粉末刮出，得到2D/2DZn2In2S5/MXene产氢材料，记为MNZIS-0。
实施例2
本实施例的制备过程同实施例1，同时本实施例与实施例1的区别在于，将Zn(CH3COO)2、InCl3·H2O和TAA三者的摩尔比按照1:2:4和3:2:6分别制备2D/2D ZnIn2S4/MXene产氢材料和2D/2D Zn3In2S6/MXene产氢材料，并分别记为MNZIS-1和MNZIS-3。
其中，MNZIS-1中MXene与ZnIn2S4的质量比以及MNZIS-3中MXene与Zn3In2S6的质量比均为0.025：1。
产氢性能测试：
分别对实施例1～2和对比例1～2中制备的MNZIS-2、MNZIS-1、MNZIS-3、单相2DZn2In2S5和MNZIS-0进行分解水产氢性能测试，测试过程如下：
将0.02g产氢材料(MNZIS-2、单相2D Zn2In2S5、MNZIS-0、MNZIS-1或MNZIS-3)在搅拌下加入到40mL三乙醇胺含量为10v％的水溶液中。超声30min后倒入光催化产氢反应器中，以带有400nm截止滤光片的300W氙灯作为光源，循环冷却水使反应温度维持在8℃。实验过程产生的氢气在给定的时间间隔收集，通入气相色谱进行量化。
如图1所示，实施例1中制备的MNZIS-2的产氢性能明显优于对比例1中制备的单相2D Zn2In2S5和对比例2中制备的MNZIS-0的产氢性能。
如图8所示，MNZIS-1、MNZIS-2和MNZIS-3三者中MNZIS-2的产氢性能明显优于MNZIS-1和MNZIS-3。
Claims (10)
1.一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料，其特征在于，包括MXene以及负载于所述MXene上的硫化铟锌纳米片。
2.根据权利要求1所述的2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料，其特征在于，所述MXene为Ti3C2Tx，其中，Tx为表示表面终止基团；所述硫化铟锌为ZnmIn2Sm+3，其中，m＝1或2或3。
3.一种如权利要求1或2所述的2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料的制备方法，其特征在于，包括：
硫化铟锌纳米片与MXene进行溶剂热反应，后处理得所述2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，溶剂热法所用的溶剂为乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂中，乙二醇与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(0.5～1.5)：1。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述MXene与所述硫化铟锌纳米片的质量比为(0.01～0.06)：1。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述MXene通过蚀刻和震荡剥离MAX相制备，操作过程如下：
1.1将LiF溶于浓盐酸中，得溶液A；
1.2将所述MAX相加入至上述溶液A中，离心分层，取上清液，调节pH为6，震荡剥离，上清液冷冻干燥，得所述MXene。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、向溶剂中加入所述MXene，得溶液B；
b、分别向所述溶液B中加入锌源、铟源和硫源，保温反应，反应结束，后处理得所述硫化铟锌/MXene产氢材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述锌源为Zn(CH3COO)2、ZnCl2、Zn(NO3)2中的一种或多种；所述铟源为InCl3·H2O；所述硫源为硫代乙酰胺。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，保温反应温度为120～200℃，反应时间为12～20小时。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113559834A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 宁波工程学院 | 一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 |
| CN113996323A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-01 | 新乡学院 | 一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114177925A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-15 | 淮阴工学院 | CdIn2S4-Ti3C2复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN114950522A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-30 | 湖南工商大学 | 氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115207567A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-10-18 | 上海交通大学 | 锂硫电池用双功能改性隔膜及其制备方法 |
| CN115870000A (zh) * | 2022-08-23 | 2023-03-31 | 山东大学 | 一种卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂、制备方法与应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103611548A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-05 | 福州大学 | 一种还原氧化石墨烯/ZnIn2S4光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN110064424A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-30 | 中国计量大学 | 一种卤氧化铋/碳化钛光催化复合材料及其制备方法 |
| CN110124706A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-08-16 | 常州大学 | 碳化钛/硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法 |
| CN110280283A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-27 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种电催化还原二氧化碳的催化剂及其制备方法 |
-
2020
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103611548A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-05 | 福州大学 | 一种还原氧化石墨烯/ZnIn2S4光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN110064424A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-30 | 中国计量大学 | 一种卤氧化铋/碳化钛光催化复合材料及其制备方法 |
| CN110124706A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-08-16 | 常州大学 | 碳化钛/硫化铟锌复合可见光催化剂的制备方法 |
| CN110280283A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-27 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种电催化还原二氧化碳的催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (6)
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113559834A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 宁波工程学院 | 一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 |
| CN114177925A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-15 | 淮阴工学院 | CdIn2S4-Ti3C2复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN113996323A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-01 | 新乡学院 | 一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113996323B (zh) * | 2021-11-24 | 2023-11-17 | 新乡学院 | 一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114950522A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-30 | 湖南工商大学 | 氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115207567A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-10-18 | 上海交通大学 | 锂硫电池用双功能改性隔膜及其制备方法 |
| CN115207567B (zh) * | 2022-05-18 | 2024-03-15 | 上海交通大学 | 锂硫电池用双功能改性隔膜及其制备方法 |
| CN115870000A (zh) * | 2022-08-23 | 2023-03-31 | 山东大学 | 一种卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂、制备方法与应用 |
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