CN114042446B - 酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种酞菁衍生的功能性碳量子点修饰CIZS量子点（CIZS‑CDs‑NiPc）复合光催化剂的制备方法：将碳量子点（CDs）与酞菁镍（NiPc）分散于二甲亚砜中混合均匀，110～140℃溶剂热反应2～4ｈ，制得CDs‑NiPc前驱体；将CIZS量子点分散于水中，加入CDs‑NiPc前驱体，超声搅拌均匀，100～110℃水热反应3～4ｈ，冷却至室温，以乙醇洗净干燥，得到CIZS‑CDs‑NiPc复合光催化剂。本发明还公开了将所制得的催化剂应用于光催化制氢。本发明工艺简单，价廉易得，便于批量生产，无毒无害，符合环境友好要求。在可见光的激发下，光生空穴通过碳量子点迅速转移至NiPc来极大地降低了复合的发生，从而使得更多的电子用于制氢反应，提高了光催化性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及复合光催化剂，尤其涉及一种酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点(CIZS-CDs-NiPc)复合光催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
光催化水分解被认为是直接利用连续的太阳能和水生产氢气最理想的方法之一。约占太阳光的43％，对更好地利用太阳能起着关键作用的可见光，其利用率仍远低于预期。量子点(Quantum dots,QDs)因其独特的量子约束效应、理想的光学性质和较大的比表面积而被认为是最有前途的可见光活性光催化剂候选粒子。与传统的II-VI量子点相比，无镉的I-III-VI量子点由于其成分可调节的禁带宽度和低毒性，在光催化领域引起了广泛地关注，是一类最有前途的可见光活性候选量子点。
在光催化研究中，助催化剂在电荷分离中起着重要的作用。碳量子点(CDs) 作为一类具有独特光电性能、良好水溶性和高稳定性的纳米碳材料，得到了广泛地研究。由于其独特的光电特性，CDs在光催化剂中被广泛应用于各种功能部件，如光敏剂、电子受体和电子存储体。值得一提的是，在光催化中，CDs主要起电子受体和电荷存储介质的作用。然而，很少有关于CDs作为空穴受体的报道， CDs作为高效空穴转移剂的作用还没有被明确证明。考虑到CDs的多重能级，以及能带排列在光催化剂设计中关键作用，CDs有望作为具有可调最高占据分子轨道(HOMO)能级的空穴传输材料，实现高效地空穴转移。
本发明首次将酞菁镍(NiPc)与CDs连接在一起，通过原位合成的方式与 Cu-In-Zn-S量子点复合从而成功构筑CIZS-CDs-NiPc三元复合光催化剂，并应用于光催化制氢领域的研究。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于公开一种酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点(CIZS-CDs-NiPc)复合光催化剂的制备方法。
一种酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点(CIZS-CDs-NiPc) 复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
A.将碳量子点(CDs)与酞菁镍(NiPc)分散于二甲亚砜中混合均匀，置于高压反应釜中110～140℃溶剂热反应2～4h，优选140℃反应4h，制得 CDs-NiPc前驱体，其中所述CDs、NiPc与二甲亚砜的质量体积比为100～112mg: 4.48～24.64mg:4～8mL，优选112mg:4.48mg:4mL；
B.将Cu-In-Zn-S(CIZS)量子点分散于水中，加入CDs-NiPc前驱体，超声搅拌均匀，置于高压反应釜中100～110℃水热反应3～4h，优选110℃水热反应 4h，冷却至室温，以乙醇洗净干燥，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂；其中所述Cu-In-Zn-S量子点、CDs-NiPc前驱体与水的质量体积比为19.00～ 19.80mg:0.20～1.00mg:14.00～14.30mL，优选19.40mg:0.60mg:14.23mL。
本发明较优公开例中，步骤A中所述碳量子点(CDs)，自制，以下为其一种制备方法：将1.05g柠檬酸和335μL乙二胺溶解在10mL去离子水中搅拌均匀；将溶液转移到20mL聚四氟乙烯内衬高压釜中，180℃加热5h；反应器被水或自然冷却至室温，经透析获得CDs，棕黑色透明状。
本发明较优公开例中，步骤A中所述酞菁镍(NiPc)，市售。
本发明较优公开例中，步骤B中所述Cu-In-Zn-S(CIZS)量子点，自制，以下为其一种制备方法：将0.1357g Cu(NO3)2、0.649g In(NO3)3·4.5H2O和0.186g Zn(OAc)2·2H2O(用作金属前体)溶解于含有0.3635g L-半胱氨酸(用作保护剂) 的8ml去离子水中，超声分散均匀，以1.0M NaOH溶液将混合溶液的pH值调节至8.5；继续搅拌20min后，转移至50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中， 110℃反应4h；自然冷却后加入乙醇，经离心收集，用去离子水/乙醇洗涤三次，分散在去离子水中，待用。
本发明较优公开例中，步骤B中所述Cu-In-Zn-S量子点中的铜:铟:锌:硫的摩尔比为1:10:5:8。
根据本发明所述方法制得的CIZS-CDs-NiPc复合催化剂，其形貌为0D-0D 负载于非晶的多孔有机物中。CIZS/NiPc/CDs复合材料的HRTEM(图1b)图像进一步显示，0.31nm的间距归因于CIZS(112)平面，0.21nm的间距归因于CDs (101)平面。证明了CIZS与NiPc-CDs的成功结合。
本发明还有一个目的，在于将所制备的CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂应用于光催化制氢。
光催化活性评价：
在可见光条件下，将0.02g催化剂与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后，磁力搅拌条件下打开定制功率(100 mW/cm-2)的氙灯照射，每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出H2的量。
有益效果
(1)本发明利用Cu-In-Zn-S量子点较高的可见光响应能力，通过CDs-NiPc这一空穴助催化剂，起到快速传导空穴的作用，通过两阶较低的HOMO能级轨道可以快速的提取量子点中的光生空穴，极大程度的减少了光生电荷的复合效率，实现更高效的光解水制氢效率。
(2)NiPc为非晶状多孔结构，Cu-In-Zn-S量子点与CDs可以均匀地负载在NiPc上，以固定量子点并有效增加空穴消耗的比表面积。
(3)本发明实现了首次以CDs作为空穴导体来提高空穴转移速率并高效光催化制氢的研究。在可见光的激发下，光生空穴通过碳量子点迅速转移至NiPc来极大地降低了复合的发生，从而使得更多的电子用于制氢反应，极大地提高了光催化性能。
(4)本发明工艺简单，价廉易得，便于批量生产，无毒无害，符合环境友好要求。
附图说明
图1.CIZS-CDs-NiPc、CIZS-NiPc和CIZS光催化剂的XRD衍射谱图(a) 和CIZS/NiPc/CDs复合材料的HRTEM(b)；
图2.CIZS-CDs-NiPc、CIZS-NiPc和CIZS光催化剂的光致发光光谱图(a) 和紫外-可见光吸收图(b)；
图3.实施例1制得的CIZS-CDs-NiPc的透射图(TEM)；
图4.CIZS-CDs-NiPc、CIZS-NiPc和CIZS的光催化制氢曲线(a)与制氢速率(b)；
图5.CIZS-CDs-NiPc、CIZS-NiPc和CIZS的电化学阻抗图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取100mg CDs与4.48mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.80mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.20mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为0.6mmol/g/h。
实施例2
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取104mg CDs与4.40mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.80mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.20mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为1.25mmol/g/h。
实施例3
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取106mg CDs与8.84mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.64mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.10mL水中，加入0.40mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为2.3mmol/g/h。
实施例4
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取112mg CDs与4.48mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应3小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.40mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.20mL水中，加入0.60mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
(3)取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为1.58mmol/g/h。
实施例5
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取100mg CDs与4.48mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.30mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.50mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为1.5mmol/g/h。
实施例6
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取115mg CDs与4.68mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.80mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.45mg CDs-NiPc前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为2.0mmol/g/h。
实施例7
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取111mg CDs与4.70mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.30mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.55mg CDs-NiPc前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为2.1mmol/g/h。
实施例8
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取109mg CDs与4.70mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.80mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.80mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为2.1mmol/g/h。
实施例9
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取100mg CDs与4.48mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.44mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.70mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为0.58mmol/g/h。
实施例10
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取114mg CDs与4.88mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.22mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.30mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为0.7mmol/g/h。
实施例11
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取100mg CDs与4.48mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.80mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.60mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为0.76mmol/g/h。
实施例12
(1)CDs-NiPc前驱体的制备：
移取111mg CDs与4.40mg的酞菁镍溶液至透明玻璃瓶中并定容至20mL 溶液，将上述溶液在140℃条件下高压釜中水热反应4小时，待冷却后下一步使用。
(2)CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂的制备：
称取19.50mg Cu-In-Zn-S量子点溶于14.00mL水中，加入0.50mgCDs-NiPc 前驱体，超声搅拌，在110℃条件下高压釜中水热反应4小时，反应结束后洗涤，得到CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂。
取CIZS-CDs-NiPc复合光催化剂0.02g与0.528g L-抗坏血酸加入到光反应器中，大流速通入N2气体待瓶内气体排净后。磁力搅拌条件下打开定制的氙灯照射，并且每间隔1h取样分析一次。
经过计算得出制氢的速率为0.73mmol/g/h。
所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.将碳量子点CDs与酞菁镍NiPc分散于二甲亚砜中混合均匀，置于高压反应釜中110～140℃溶剂热反应2～4h，制得CDs-NiPc前驱体，其中所述CDs、NiPc与二甲亚砜的质量体积比为100～112mg:4.48～24.64mg:4～8mL；
B.将Cu-In-Zn-S量子点分散于水中，加入CDs-NiPc前驱体，超声搅拌均匀，置于高压反应釜中100～110℃水热反应3～4h，冷却至室温，以乙醇洗净干燥，得到Cu-In-Zn-S 量子点-CDs-NiPc复合光催化剂，形貌为0D-0D负载于非晶的多孔有机物中；其中所述Cu-In-Zn-S量子点、CDs-NiPc前驱体与水的质量体积比为19.00～19.80mg:0.20～1.00mg:14.00～14.30mL。
2.根据权利要求1所述酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤A中所述将碳量子点CDs与酞菁镍NiPc分散于二甲亚砜中混合均匀，置于高压反应釜中140℃溶剂热反应4h。
3.根据权利要求1所述酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤A中所述CDs、NiPc与二甲亚砜的质量体积比为112mg:4.48mg:4mL。
4.根据权利要求1所述酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤B中所述将Cu-In-Zn-S量子点分散于水中，加入CDs-NiPc前驱体，超声搅拌均匀，置于高压反应釜中110℃水热反应4h。
5.根据权利要求1所述酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤B中所述Cu-In-Zn-S量子点、CDs-NiPc前驱体与水的质量体积比为19.40mg:0.60mg:14.23mL。
6.根据权利要求1所述酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤B中所述Cu-In-Zn-S量子点中的铜:铟:锌:硫的摩尔比为1:10:5:8。
7.根据权利要求1-6任一所述方法制备得到的酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂。
8.一种如权利要求7所述酞菁衍生的功能性碳量子点修饰Cu-In-Zn-S量子点复合光催化剂的应用，其特征在于：将其应用于光催化制氢。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| "Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点基光催化剂的尺寸选择性制备及制氢应用研究";曹伟静;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技Ⅰ辑》;20210215(第02期);第45-47页 * |
| "碳量子点的组装及其与酞菁锌复合的研究";丁艳丽;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技Ⅰ辑》;20150715(第07期);第29-31页 * |
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