CN112892555A - 空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4光催化剂 - Google Patents
空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4光催化剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112892555A CN112892555A CN202110043914.6A CN202110043914A CN112892555A CN 112892555 A CN112892555 A CN 112892555A CN 202110043914 A CN202110043914 A CN 202110043914A CN 112892555 A CN112892555 A CN 112892555A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zis
- znin
- mqds
- mxene
- composite photocatalyst
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 title abstract description 6
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 61
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 46
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 24
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 24
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 11
- 229910009818 Ti3AlC2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 claims description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K indium(iii) chloride Chemical group Cl[In](Cl)Cl PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical group 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
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 2
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 27
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 27
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 26
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract 1
- 229910009819 Ti3C2 Inorganic materials 0.000 description 47
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 39
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 39
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 18
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 17
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 16
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 8
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 8
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/22—Carbides
-
- 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
-
- 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
-
- 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
本发明为空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4光催化剂，属于光催化技术领域，具体公开了一种ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂及其制备方法和应用，所述ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂，包括如下按质量比的组分：1％～4％MXene量子点；96％～99％ZIS/Ti混合物；所述ZIS/Ti混合物为含Ti(IV)掺杂的ZnIn2S4，Ti(IV)掺杂质量百分比为0.2％。本发明利用空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4，为析氢反应提供丰富的活性位点。本发明提供的制备方法过程简单，制备得到的复合光催化剂在无贵金属作为助催化剂时具有很高的催化裂解水产氢效率，光催化活性高，低成本无污染，且可循环使用，应用推广性强。
Description
技术领域
本发明属于光催化技术领域，更具体地，涉及一种空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs 协同修饰ZnIn2S4复合光催化剂及其制备方法和应用，本发明利用空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4，为析氢反应提供丰富的活性位点。
背景技术
随着环境污染和能源短缺问题日益严重，开发可再生持续的环境友好型清洁能源成为当前科研工作者的首要任务。因此，将取之不尽用之不竭的太阳光转化为人类所需的清洁能源便成为了当下的研究热点。已有的大量研究发现半导体光催化技术能将丰富清洁的太阳能用于光解水产生清洁能源如氢气、甲醇等。
ZnIn2S4由于其无毒性、合适的带隙结构、优异的光学性能和可调性强等优点，是一种非常具有应用前景的光催化材料。然而严重的光生载流子复合速率以及低的可见光利用率限制了ZnIn2S4的实际应用，为了进一步提高ZnIn2S4光催化制氢效率，更好地满足实际应用的需要，已有的研究通过构建异质结、利用模板层外延生长、形貌控制和金属离子掺杂等方法提升ZnIn2S4光催化产氢活性。但总体而言，ZnIn2S4光催化产氢活性还是较低，有待进一步提高。
中国专利CN110787812A公开了空穴助剂Ti(IV)与电子助剂Ni(OH)2协同修饰ZnIn2S4光催化剂的方法。目前还未见有关ZnIn2S4/Ti(IV)/MXene QDs复合光催化剂的报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4复合光催化剂。
本发明的另一目的在于提供上述ZnIn2S4复合光催化剂的制备方法。该方法操作简单，绿色环保的高效复合光催化剂制备方法，为ZnIn2S4光催化剂的实际应用提供更大可能。
本发明的目的之三为提供上述ZnIn2S4复合光催化剂的应用。本发明提供的复合光催化剂使得ZnIn2S4在无贵金属作为助催化剂的情况下拥有优良的光催化产氢性能，且具有低成本无污染和可循环使用等优点。
本发明上述技术目的通过以下技术方案实现：
一种ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂，包括如下按质量比的组分：
1％～4％ MXene量子点
96％～99％ ZIS/Ti混合物；
所述ZIS/Ti混合物为含Ti(IV)掺杂的ZnIn2S4。
0D-MXene QDs由于具有优良的导电性、水力学、量子限制效应和全光谱太阳能吸收等优点，有望成为贵金属Pt的替代材料，促进质子还原成H2。无定形Ti(IV)可以作为空穴助剂，快速转移光生空穴，抑制光生电子空穴对复合，Ti(IV)-MXene QDs助催化剂的协同作用使得ZnIn2S4的表面电荷受到相反方向的牵引力，从而实现有效分离，即：无形性Ti(IV)作为空穴助催化剂，可快速捕获光生空穴，减轻ZnIn2S4的光腐蚀效应；MXene QDs作为电子助催化剂，增强光生电子转移，为析氢反应提供丰富的活性位点。
作为一种优选的技术方案，所述ZnIn2S4/Ti(IV)/MQDs复合光催化剂中Ti(IV)的负载量为 0.2wt.％。
优选地，所述ZnIn2S4/Ti(IV)/MQDs复合光催化剂中MQDs的负载量为1～4wt.％。
作为一种优选的技术方案，所述ZnIn2S4/Ti(IV)/MQDs复合光催化剂中MXene量子点 (MQDs)的负载量为2wt.％时具有最优的光催化产氢性能。
本发明同时提供所述ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将锌源、铟源和硫源按化学计量比溶解在水中制备成悬浊液，然后进行水热反应，水热温度为75～90℃，水热时间为10～12小时，反应完成后，离心收集、洗涤、干燥得到ZnIn2S4粉末；
S2：将ZnIn2S4粉末加入水、钛盐溶液，混合后加热得到ZnIn2S4/Ti(IV)；
S3：利用超声法将MXene量子点修饰到步骤S2中的ZnIn2S4/Ti(IV)，得到复合光催化剂。
作为一种优选的技术方案，MXene量子点采用MAX-Ti3AlC2为原料，经常规酸蚀后采用细胞破碎仪制备。
作为一种优选的技术方案，步骤S1中所述锌源为氯化锌；所述铟源为氯化铟；所述硫源为硫代乙酰胺。
作为一种优选的技术方案，步骤S1中需要对悬浊液搅拌30min后再将其转移到聚四氟乙烯的反应釜中进行水热反应。
作为一种优选的技术方案，S2中所述钛盐为水溶性钛盐。
作为一种优选的技术方案，步骤S2中所述加热温度为75℃～85℃，在500rpm的条件下搅拌，搅拌时间为1h。
作为一种优选的技术方案，步骤S3中超声时间为30min。
进一步地，本发明保护所述ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂在光催化领域中的应用。
本发明制备的ZnIn2S4/Ti(IV)/MQDs复合光催化剂，MQDs具有优异的金属导电性，可以为光催化反应提供许多活性位点；无定形Ti(IV)可以作为空穴捕获剂，捕获光生空穴减缓光生电子空穴对复合，两种助催化剂的协同作用使得ZnIn2S4在无贵金属作为助催化剂的情况下仍具有很高的光催化产氢性能，光催化产氢速率最高可达7520μmol/g·h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的制备方法过程简单；制备得到的ZnIn2S4/Ti(IV)/MQDs复合光催化剂在无贵金属作为助催化剂的情况下仍然具有较高的光催化产氢活性，具有较佳的可见光响应，本发明为高效太阳能转换半导体基双助催化剂协同系统的设计提供了指导性的途径。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的样品X射线衍射(XRD)图；
图2为本发明实施例1制备的样品稳态荧光光谱图；
图3为本发明实施例1制备的样品形貌SEM图；
图4为本发明实施例1和对比例2制备的样品可见光光催化水裂解产氢速率图。
图5为对比例的光催化产氢性能测试结果图。
图6为实施例的光催化产氢性能测试结果图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明较佳的实施例，但并不限于本文所描述的实施例。
实施例1
1、本步骤提供ZnIn2S4(即ZIS)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
分别将0.136g(1mmol)ZnCl2、0.586g(2mmol)InCl3·4H2O、0.46g(6mmol)硫代乙酰胺溶解到80mL去离子水中搅拌30min得到悬浊液。将上述所得悬浊液转入100mL 衬底为聚四氟乙烯的反应釜中，置于烘箱中在80℃反应12h。反应结束后自然冷却至室温，离心得黄色粉末样品，用去离子水和无水乙醇多次洗涤黄色粉末样品后在60℃中的普通烘箱中干燥5h即得纯ZIS粉末。
2、本步骤提供ZIS/Ti(0.2wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
往1.0g ZnIn2S4粉末中加入10mL的0.2g/L的Ti(SO4)2溶液，将悬浮液温度升到80℃后，在500rpm条件下搅拌1h，然后分别用去离子水洗涤和无水乙醇清洗几次，离心收集粉末后，将样品放入普通烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末。
3、本步骤提供ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs(市售相似性能的也可)。
往1.0g ZnIn2S4粉末中加入10mL的0.2g/L的Ti(SO4)2溶液，将悬浮液温度升到80℃后，在500rpm条件下搅拌1h，然后分别用去离子水洗涤和无水乙醇清洗几次，离心收集粉末后，将样品放入普通烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末。
将0.5g ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末和2mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)粉末。
实施例2：本步骤提供ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(1wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs(市售相似性能的也可)。
往1.0g ZnIn2S4粉末中加入10mL的0.2g/L的Ti(SO4)2溶液，将悬浮液温度升到80℃后，在500rpm条件下搅拌1h，然后分别用去离子水洗涤和无水乙醇清洗几次，离心收集粉末后，将样品放入普通烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末。
将0.5g ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末和2mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)粉末。
实施例3：本步骤提供ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(3wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs(市售相似性能的也可)
往1.0g ZnIn2S4粉末中加入10mL的0.2g/L的Ti(SO4)2溶液，将悬浮液温度升到80℃后，在500rpm条件下搅拌1h，然后分别用去离子水洗涤和无水乙醇清洗几次，离心收集粉末后，将样品放入普通烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末。
将0.5g ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末和3mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(3wt.％)粉末。
实施例4：本步骤提供ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(4wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs。
往1.0g ZnIn2S4粉末中加入10mL的0.2g/L的Ti(SO4)2溶液，将悬浮液温度升到80℃后，在500rpm条件下搅拌1h，然后分别用去离子水洗涤和无水乙醇清洗几次，离心收集粉末后，将样品放入普通烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末。
将0.5g ZIS/Ti(0.2wt.％)粉末和4mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(4wt.％)粉末。
对比例1：本步骤提供ZIS/MQDs(1wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs。
将0.5g ZnIn2S4粉末和1mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/MQDs(1wt.％)粉末。
对比例2：本步骤提供ZIS/MQDs(2wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs。
将0.5g ZnIn2S4粉末和2mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/MQDs(2wt.％)粉末。
对比例3：本步骤提供ZIS/MQDs(3wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs。
将0.5g ZnIn2S4粉末和3mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/MQDs(3wt.％)粉末。
对比例4：本步骤提供ZIS/MQDs(4wt.％)光催化剂的制备，其制备方法包括如下步骤。
将2.0g的LiF与40mL 9M的HCl在聚四氟烧杯中搅拌30min。将2.0g的MAX-Ti3AlC2缓慢加入到聚四氟乙烯烧杯中，并将温度设置为35℃，持续搅拌24h。然后以3500rpm离心10min，再用去离子水多次洗涤，直至离心后倒出的上清液pH值为5，得到固体Ti3C2 (MXene)粉末。在1.0g Ti3C2中加入40mL无水乙醇，超声处理1h，然后以10000rpm离心 10min，收集悬浮的Ti3C2纳米片。将20mL去离子水加入未剥离颗粒中，置于细胞破碎装置中以80％功率破碎1h，然后以3500rpm离心3min收集悬浮的Ti3C2纳米片。重复上述步骤几次，以获得更多的Ti3C2纳米片分散液。最后，将Ti3C2纳米片分散液放入细胞破碎装置中在80％功率下破碎24h，得到MQDs。
将0.5g ZnIn2S4粉末和4mL 5mg/mL MQDs分散在40mL去离子水中。对悬浮液超声处理30min，然后在500rpm条件下搅拌2h，然后用去离子水洗涤几次以消除多余的MQDs，并在真空烘箱中于60℃干燥5h即得ZIS/MQDs(4wt.％)粉末。
性能测试
如图1，为实施例1制备样品的X射线衍射(XRD)图，所有样品在2θ＝21.5、27.7、30.5、 47.3、52.4和56.1°处均有衍射峰，分别对应于六角ZnIn2S4的(006)、(102)、(104)、(110)、 (116)和(203)晶面的X射线衍射图，证明ZnIn2S4与Ti(IV)或MQDs结合的过程对ZnIn2S4的晶体结构没有造成破坏。
如图2，为实施例1制备的样品的稳态荧光光谱图，ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)样品具有最低的PL强度，测试结果表明，ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)样品具有更高的光生载流子分离效率。
如图3，为实施例1中制备样品的SEM图。从图可知，ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)复合光催化剂仍为花状微球结构。
应用实施例实施例1和对比例1制备的样品光催化水裂解产氢速率测试
本应用实施例以实施例1和对比例1制备得到的光催化剂为例对其光催化活性进行测定，具体测试过程如下：
产氢实验在抽真空的250mL的密闭石英反应器中进行，向其中加入20mg样品，100mL (0.35M NaS2/0.25M Na2SO3)混合液，加入磁力搅拌子，盖上反应器的盖子，边搅拌边用真空泵抽真空至液体中不再产生气泡，使用300W氙灯为光源照射，每小时采样一次，采样四次，记录下峰面积，计算氢气产量和产氢速率。
如图4，ZIS、ZIS/Ti(0.2wt.％)、ZIS/MQDs(2wt.％)和ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)的光催化产氢速率分别为690μmol/g·h、1940μmol/g·h、1870μmol/g·h和7520μmol/g·h，ZIS/Ti(0.2wt.％)/MQDs(2wt.％)样品具有最优的光催化产氢性能。
如图5为对比例1-4的光催化产氢性能测试结果，与图6对比，实施例的光催化产氢性能测试结果，ZIS/Ti/MQDs样品具有最优的光催化产氢性能。
从上述可知，本发明提供的制备方法过程简单，制备得到的复合光催化剂具有较高的光催化产氢活性，且稳定性好，具有较佳的可见光响应，为进一步实现光催化产氢技术的实际应用提供机会。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂，其特征在于，包括如下按质量比的组分：
1％～4％ MXene量子点
96％～99％ ZIS/Ti混合物；
所述ZIS/Ti混合物为含Ti(IV)掺杂的ZnIn2S4，Ti(IV)掺杂质量百分比为0.2％。
2.根据权利要求1所述ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂，其特征在于，MXene量子点的质量百分比为2％。
3.一种权利要求1所述ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将锌源、铟源和硫源按化学计量比溶解在水中制备成悬浊液，然后进行水热反应，水热温度为75～90℃，水热时间为10～12小时，反应完成后，离心收集、洗涤、干燥得到ZnIn2S4粉末；
S2：将ZnIn2S4粉末加入水、钛盐溶液，混合后加热得到ZnIn2S4/Ti(IV)；
S3：利用超声法将MXene量子点修饰到步骤S2中的ZnIn2S4/Ti(IV)，得到复合光催化剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，MXene量子点采用MAX-Ti3AlC2为原料，经常规酸蚀后采用细胞破碎仪制备。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述锌源为氯化锌；所述铟源为氯化铟；所述硫源为硫代乙酰胺。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中需要对悬浊液搅拌30min后再将其转移到聚四氟乙烯的反应釜中进行水热反应。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S2中所述钛盐为水溶性钛盐。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述加热温度为75℃～85℃，在500rpm的条件下搅拌，搅拌时间为1h。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中超声时间为30min。
10.权利要求1所述ZIS/Ti/MQDs复合光催化剂在光催化领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110043914.6A CN112892555B (zh) | 2021-01-13 | 2021-01-13 | 空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4光催化剂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110043914.6A CN112892555B (zh) | 2021-01-13 | 2021-01-13 | 空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4光催化剂 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112892555A true CN112892555A (zh) | 2021-06-04 |
| CN112892555B CN112892555B (zh) | 2022-07-19 |
Family
ID=76112857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110043914.6A Active CN112892555B (zh) | 2021-01-13 | 2021-01-13 | 空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4光催化剂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112892555B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114192171A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-18 | 淮阴工学院 | Cu:ZnIn2S4-Ti3C2复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN115845886A (zh) * | 2022-11-20 | 2023-03-28 | 复旦大学 | 一种CdSe/MXene复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016121780A1 (ja) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | 小林製薬株式会社 | 発熱具 |
| CN107737597A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-02-27 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种钛掺杂硫化铟锌花状微球及其制备方法和应用 |
| 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 |
| CN110735151A (zh) * | 2019-06-20 | 2020-01-31 | 常州大学 | 一种碳化钛复合硫化铟锌光阳极的制备方法 |
| CN110787812A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-14 | 武汉理工大学 | 空穴助剂Ti(IV)与电子助剂Ni(OH)2协同修饰ZnIn2S4光催化剂的方法 |
-
2021
- 2021-01-13 CN CN202110043914.6A patent/CN112892555B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016121780A1 (ja) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | 小林製薬株式会社 | 発熱具 |
| CN107737597A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-02-27 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种钛掺杂硫化铟锌花状微球及其制备方法和应用 |
| CN110735151A (zh) * | 2019-06-20 | 2020-01-31 | 常州大学 | 一种碳化钛复合硫化铟锌光阳极的制备方法 |
| 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 |
| CN110787812A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-14 | 武汉理工大学 | 空穴助剂Ti(IV)与电子助剂Ni(OH)2协同修饰ZnIn2S4光催化剂的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GE MA，ET AL.: "Amorphous Ti(iv)-modified flower-like ZnIn2S4 microspheres with enhanced hydrogen evolution photocatalytic activity and simultaneous wastewater purification", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C》 * |
| XIN DU，ET AL.: "BiVO4@ZnIn2S4/Ti3C2 MXene quantum dots assembly all-solid-state direct Z-Scheme photocatalysts for efficient visible-light-driven overall water splitting", 《APPLIED MATERIALS TODAY》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114192171A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-18 | 淮阴工学院 | Cu:ZnIn2S4-Ti3C2复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN114192171B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-10-24 | 淮阴工学院 | Cu:ZnIn2S4-Ti3C2复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN115845886A (zh) * | 2022-11-20 | 2023-03-28 | 复旦大学 | 一种CdSe/MXene复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115845886B (zh) * | 2022-11-20 | 2024-02-23 | 复旦大学 | 一种CdSe/MXene复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112892555B (zh) | 2022-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112844412B (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 | |
| 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 | |
| CN105289689A (zh) | 一种氮掺杂石墨烯量子点/类石墨烯相氮化碳复合材料的合成及应用 | |
| CN112892555B (zh) | 空穴助剂Ti(IV)与电子助剂MXene QDs协同修饰ZnIn2S4光催化剂 | |
| CN111085234B (zh) | 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 | |
| CN112427045A (zh) | 一种水热法合成的具有Z型异质结CdS/g-C3N4复合光催化剂材料的制备方法 | |
| CN111185210B (zh) | 二碳化三钛/二氧化钛/黑磷纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112871186A (zh) | 二硒化镍/硫铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111203231A (zh) | 硫化铟锌/钒酸铋复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113996323B (zh) | 一种硫化铟锌复合可见光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110961123A (zh) | 水热法制备的全固态直接Z型ZnIn2S4-MoSe2高效光催化剂 | |
| CN114653381A (zh) | 一种ZnIn2S4纳米片包裹BiVO4微米棒核壳异质结催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN112337457A (zh) | 一种Mo掺杂HNb3O8纳米片的制备方法及应用 | |
| CN107890861B (zh) | 一种具有{001}晶面的二氧化钛片层/石墨烯复合薄膜的制备方法 | |
| CN114505080A (zh) | 原位制备SnO2/SnS2异质结光催化剂的方法及其使用方法 | |
| CN113578306A (zh) | 一种2d/1d异质结光催化剂的制备方法及其在制氢中的应用 | |
| CN113952963A (zh) | 一种基于Co修饰的CuInS2光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN115888765B (zh) | 一种核壳Co3O4@ZnIn2S4光热辅助光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109513454B (zh) | 一种通过库仑作用制备MoS2/C3N4复合光催化剂的方法 | |
| CN115920929B (zh) | MoO3-x/Cu0.5Cd0.5S复合光催化剂、制备方法及应用 | |
| CN115779929B (zh) | 一种改性ZnIn2S4光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN116173987A (zh) | CdIn2S4/CeO2异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN104609467B (zh) | 一种光致变红色氧化钛及其制备方法和应用 | |
| CN110876945B (zh) | 一种碳纳米空心球中限域生长ZnIn2S4光催化剂及其制备方法 | |
| CN112892563A (zh) | F掺杂ZnCdS固溶体光催化材料及制备方法和应用 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |