CN115672361B - 一种2D/2D结构的CuInP2S6基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2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂及其制备方法，包括以下步骤：21)依次将Zn(NO3)2·6H2O、In(NO3)3·4H2O及二水合柠檬酸三钠溶解于去离子水中，并在室温下搅拌；22)CuInP2S6分散至步骤21)所得溶液中，然后在室温下搅拌；23)称取硫代乙酰胺，再溶解于去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，然后在室温下继续搅拌，得前驱体溶液；24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至高压釜中，再进行水热反应，然后冷却至室温，将反应产物进行离心洗涤，然后再进行干燥，得到2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂，该光催化剂具有较好的光生载流子分离效率、高比表面积和高光催化制氢活性的特点，且制备方法较为简单。
Description
技术领域
本发明属于光催化制氢技术领域，涉及一种2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂及其制备方法。
背景技术
随着工业、农业、城市等的飞速发展，不可再生资源的消耗越来越严重，环境污染和能源短缺形势日趋严峻，发展可靠高效的清洁能源、可再生能源面临巨大的挑战。基于半导体的光催化制氢技术能够将太阳能转换成稳定的化学能氢能，是解决化石能源短缺等问题的一种重要手段。该技术操作简单、成本低、可实施性高，其基本的原理是半导体催化剂在太阳光或其他光源的照射下，利用自身产生的光生电子与水中的氢离子发生还原反应而得到氢气。
在过渡金属硫磷化物中，铜铟磷硫(CuInP2S6)作为一种具有代表性的新型材料，其半导体禁带宽度为2.4eV，具有良好的可见光波段吸收；此外，其可调的二维(2D)层状结构可为光催化反应提供了丰富的反应活性位点。然而，CuInP2S6由于内部载流子易复合、表面载流子随机迁移等问题，表现出较差的光催化制氢活性。设计构建高效异质结可有效提高光生载流子的分离和迁移效率，是提升光催化制氢活性的一种简单可靠手段。在众多异质“结”结构中，2D/2D结构具有突出的优势：其具有大量电子快速转移通道和大范围紧密接触的“结”界面，确保载流子高效的分离和迁移，同时有效抑制表面载流子复合与随机迁移问题，从而大幅提升的光催化制氢性能。因此，基于可调层状结构2D CuInP2S6，耦合能带结构匹配、具有可调层状结构的2D材料来构建2D/2D异质结具有重要的意义。
硫铟锌(ZnIn2S4)是一种非常具有代表性的三元过渡金属硫属化物,由于良好的可见光吸收性能(禁带宽度约为2.0-2.4eV)和可调的层状形貌特征，在光催化制氢领域被认为是一种很有前景的材料。通过将其与CuInP2S6耦合在一起，构建新型的高比表面积2D/2DZnIn2S4/CuInP2S6异质结光催化剂，构建载流子高速传递通道，进而有效提升CuInP2S6载流子分离效率和光催化制氢性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂及其制备方法，该光催化剂具有较好的光生载流子分离效率、高比表面积和高光催化制氢活性的特点，且制备方法较为简单。
为达到上述目的，本发明所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂，基于2DCuInP2S6制备而成。
所述2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6质量分数比为(0.5-4):1。
本发明所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂的制备方法包括：以2DCuInP2S6为基础，通过柠檬酸钠辅助的水热法合成2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂。
具体包括以下步骤：
21)依次将Zn(NO3)2·6H2O、In(NO3)3·4H2O及二水合柠檬酸三钠溶解于去离子水中，并在室温下搅拌；
22)CuInP2S6分散至步骤21)所得溶液中，然后在室温下搅拌；
23)称取硫代乙酰胺，再溶解于去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，然后在室温下继续搅拌，得前驱体溶液；
24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至高压釜中，再进行水热反应，然后冷却至室温，将反应产物进行离心洗涤，然后再进行干燥，得到2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂。
Zn(NO3)2·6H2O、In(NO3)3·4H2O及硫代乙酰胺的摩尔分数比为1:2:8。
二水合柠檬酸三钠的用量为0-1000mg。
所述高压釜为聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜。
步骤24)中，反应产物通过去离子水及无水乙醇离心洗涤。
所述2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6质量分数比为(0.5-4):1。
还包括：
11)将铜粉、铟粉、赤磷及硫粉按照摩尔分数比1:1:2:6混合均匀并密封于真空石英管中；
12)将步骤11)得到的真空石英管在650-850℃下进行固相反应，反应完成后，冷却后收集产物，然后进行研磨，得到2D CuInP2S6。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂及其制备方法在具体操作时，利用2D CuInP2S6具有二维层状的稳定结构特点，通过在CuInP2S6表面负载ZnIn2S4，得到具有高效载流子分离能力和高比表面积的复合光催化剂，另外，在柠檬酸钠的作用下，ZnIn2S4更容易长成二维纳米片，与2D CuInP2S6相结合，即可能够形成2D/2D的ZnIn2S4/CuInP2S6异质结，该异质结构能够提供更丰富的电荷转移路径，实现高效的载流子分离能力，进而反映到高效的可见光催化制氢活性，且制备方法较为简单。
附图说明
图1为实施例三所得催化剂的的TEM图、STEM图及HRTEM图；
图2为实施例三所得催化剂与CIPS样品的X射线衍射图谱；
图3为实施例三所得催化剂、CIPS与ZIS紫外可见漫反射光谱图；
图4为实施例三所得催化剂与CIPS样品光催化制氢活性图；
图5为实施例三所得催化剂与CIPS样品N2吸附-脱附等温曲线图；
图6为实施例三所得催化剂与CIPS样品光电流密度分布图；
图7为实施例三所得催化剂与CIPS样品的电化学阻抗谱图；
图8为ZIS样品的莫特-肖特基曲线图；
图9为CIPS样品的莫特-肖特基曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明所述的CuInP2S6固相合成方法包括以下步骤：
11)将铜粉(Cu)、铟粉(In)、赤磷(P)及硫粉(S)按照摩尔分数比1:1:2:6混合均匀并密封于真空石英管中；
12)将步骤11)得到的真空石英管放入马弗炉中，在650-850℃下固相反应3-14天，反应完成后，冷却后收集产物，然后在研钵中研磨30min以上，得到纯相2D CuInP2S6，所述纯相2D CuInP2S6记作CIPS。
本发明所述的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
21)依次将Zn(NO3)2·6H2O、In(NO3)3·4H2O及二水合柠檬酸三钠超声溶解于10-50mL的去离子水中，并在室温下磁力搅拌30min；
22)称取50mg的CuInP2S6，再超声分散至步骤21)所得溶液中，然后在室温下磁力搅拌3h以上；
23)称取硫代乙酰胺(CH3CSNH2)超声溶解于4mL的去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，再在室温下继续搅拌30min，得前驱体溶液；
其中，Zn(NO3)2·6H2O、In(NO3)3·4H2O及硫代乙酰胺的摩尔分数比为1:2:8，二水合柠檬酸三钠用量为0-1000mg。
24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在100-180℃下水热反应2-18h，待反应釜冷却至室温，将反应产物通过去离子水及无水乙醇离心洗涤，然后在烘箱中，在60℃下干燥处理12h，得到2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂，其中，2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6质量分数比为(0.5-4)：1。
本发明所述2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法中，通过2D CuInP2S6固相反应原料比例及温度和时间调控；ZnIn2S4与CuInP2S6负载量的比例调控以及表面活性剂用量调控，通过高温固相反应得到的CuInP2S6具有二维层状的稳定结构特点，进一步，通过在CuInP2S6表面负载ZnIn2S4后得到所述具有高效载流子分离能力和高比表面积的复合光催化剂。在柠檬酸钠的作用下，ZnIn2S4更容易长成二维纳米片，与2D CuInP2S6相结合，即可能够形成2D/2D的ZnIn2S4/CuInP2S6异质结，该异质结构能够提供更丰富的电荷转移路径，实现高效的载流子分离能力，进而反映到高效的可见光催化制氢活性。
本发明采用高温固相反应得到的2D CuInP2S6(CIPS)具有稳定的二维层状结构特征。进一步地，通过柠檬酸钠辅助的水热法合成得到的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6(ZIS/CIPS)复合光催化剂，相较于纯相CIPS，具有更高的比表面积以及更高效的光生载流子分离能力，光催化制氢能力得到大幅度的提升，操作简单、成本低廉，所得ZIS/CIPS光催化剂的稳定性高。
实施例一
本发明所述CuInP2S6固相合成方法包括以下步骤：
11)将铜粉(Cu)、铟粉(In)、赤磷(P)及硫粉(S)按照摩尔比1:1:2:6混合均匀并密封在真空石英管中。
12)将步骤11)所得的石英管放入马弗炉中，在650℃下固相反应3天，待完全冷却后收集产物，并在研钵中研磨30分钟，得纯相2D CuInP2S6。
本发明所述的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
21)称取18mg的Zn(NO3)2·6H2O、44mg的In(NO3)3·4H2O以及0mg的二水合柠檬酸三钠，再超声溶解于10mL的去离子水中，并在室温下磁力搅拌30min；
22)称取50mg的纯相2D CuInP2S6，再超声分散至步骤21)所得溶液中，并在室温下继续磁力搅拌3h；
23)称取35mg的硫代乙酰胺(CH3CSNH2)，再超声溶解于4mL的去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，再在室温下继续搅拌30min，得到均匀的前驱体溶液；
24)将步骤23)的前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在100℃下水热反应2h，待反应釜冷却至室温，反应产物经去离子水及无水乙醇离心洗涤后，在烘箱中，在60℃下干燥处理12h，得2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂，2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6质量分数比为0.5:1。
实施例二
本发明所述CuInP2S6固相合成方法包括以下步骤：
11)将铜粉(Cu)、铟粉(In)、赤磷(P)及硫粉(S)按照摩尔比1:1:2:6混合均匀并密封在真空石英管中；
12)将步骤11)所得石英管放入马弗炉中，在850℃下固相反应14天，待完全冷却后收集产物，并在研钵中研磨30分钟，得到纯相2D CuInP2S6。
本发明所述的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
21)称取141mg的Zn(NO3)2·6H2O，353mg的In(NO3)3·4H2O与1000mg的二水合柠檬酸三钠，再超声溶解于50mL去离子水中，并在室温下磁力搅拌30min；
22)称取50mg的CIPS，再超声分散至步骤21)所得溶液中，再在室温下继续磁力搅拌3h；
23)称取284mg的硫代乙酰胺(CH3CSNH2)，再超声溶解于4mL的去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，再在室温下继续搅拌30min，得到均匀的前驱体溶液；
24)将步骤23)的前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在180℃下水热反应18h，待反应釜冷却至室温，反应产物经去离子水和无水乙醇离心洗涤数次后，在烘箱中60℃干燥处理12h后，得2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂，2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6质量分数比为4:1。
实施例三
本发明所述CuInP2S6固相合成方法包括以下步骤：
11)将铜粉(Cu)、铟粉(In)、赤磷(P)及硫粉(S)按照摩尔比1:1:2:6混合均匀并密封在真空石英管中；
12)将步骤11)所得石英管放入马弗炉中，在750℃下固相反应7天，待完全冷却后收集产物，并在研钵中研磨30分钟，得到纯相2D CuInP2S6。
本发明所述的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
21)称取105mg的Zn(NO3)2·6H2O，264mg的In(NO3)3·4H2O与500mg的二水合柠檬酸三钠，再超声溶解于30mL的去离子水中，并在室温下磁力搅拌30min；
22)称取50mg的CIPS，再超声分散至步骤21)所得溶液中，再在室温下继续磁力搅拌3h；
23)称取213mg的硫代乙酰胺(CH3CSNH2)，再超声溶解于4mL的去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，再在室温下继续搅拌30min，得到均匀的前驱体溶液。
24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在160℃下水热反应6h，待反应釜冷却至室温，再将反应产物通过去离子水及无水乙醇离心洗涤，然后在烘箱中，在60℃干燥处理12h，得到2D/2D ZIS/CIPS复合光催化剂，其中，2D/2DZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6的质量分数比为3:1。
实施例四
本发明所述CuInP2S6固相合成方法包括以下步骤：
11)将铜粉(Cu)、铟粉(In)、赤磷(P)及硫粉(S)按照摩尔比1:1:2:6混合均匀并密封在真空石英管中；
12)将步骤11)所得石英管放入马弗炉中，在700℃下固相反应10天，待完全冷却后收集产物，并在研钵中研磨30分钟，得到纯相2D CuInP2S6。
本发明所述的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
21)称取35mg的Zn(NO3)2·6H2O，88mg的In(NO3)3·4H2O及700mg的二水合柠檬酸三钠，再超声溶解于20mL的去离子水中，并在室温下磁力搅拌30min；
22)称取50mg的CIPS，再超声分散至步骤21)所得溶液中，并在室温下继续磁力搅拌3h；
23)称取71mg的硫代乙酰胺(CH3CSNH2)超声溶解于4mL的去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液，再在室温下继续搅拌30min，得到均匀的前驱体溶液。
24)将步骤23)所得溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在120℃下水热反应3h，待反应釜冷却至室温，将反应产物通过去离子水及无水乙醇离心洗涤，再在烘箱中，在60℃干燥处理12h，得到2D/2D ZIS/CIPS复合光催化剂，其中，2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6的质量分数比为1:1。
实施例五
本发明所述CuInP2S6固相合成方法包括以下步骤：
11)将铜粉(Cu)、铟粉(In)、赤磷(P)及硫粉(S)按照摩尔比1:1:2:6混合均匀，并密封在真空石英管中；
12)将步骤11)所得石英管放入马弗炉中，在800℃下固相反应14天，待完全冷却后，收集产物并在研钵中研磨30分钟，得到纯相2D CuInP2S6。
本发明所述的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
21)称取70mg的Zn(NO3)2·6H2O，176mg的In(NO3)3·4H2O及100mg的二水合柠檬酸三钠，再超声溶解于40mL的去离子水中，然后在室温下磁力搅拌30min；
22)称取50mg的CIPS超声分散至步骤21)所得溶液中，并在室温下继续磁力搅拌3h；
23)称取142mg的硫代乙酰胺(CH3CSNH2)，并超声溶解于4mL的去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，再在室温下继续搅拌30min，得到均匀的前驱体溶液；
24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在140℃下水热反应12h，待反应釜冷却至室温，将反应产物通过去离子水及无水乙醇离心洗涤，在烘箱中，在60℃干燥处理12h后，得到2D/2D ZIS/CIPS复合光催化剂，其中，2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6的质量分数比为2:1。
实施例六
本发明所述CuInP2S6固相合成方法包括以下步骤：
11)将铜粉(Cu)、铟粉(In)、赤磷(P)及硫粉(S)按照摩尔比1:1:2:6混合均匀，并密封在真空石英管中；
12)将步骤11)所得石英管放入马弗炉中，再在750℃下固相反应7天，待完全冷却后收集产物，然后在研钵中研磨30分钟，得到纯相2D CuInP2S6。
本发明所述的2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
21)称取141mg的Zn(NO3)2·6H2O，353mg的In(NO3)3·4H2O及300mg的二水合柠檬酸三钠，再超声溶解于50mL去离子水中，并在室温下磁力搅拌30min；
22)称取50mg的CIPS，再超声分散至步骤21)所得溶液中，并在室温下继续磁力搅拌3h；
23)称取284mg的硫代乙酰胺(CH3CSNH2)，并超声溶解于4mL的去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，并在室温下继续搅拌30min，得到均匀的前驱体溶液。
24)将步骤23)的溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在160℃下水热反应18h，待反应釜冷却至室温，将反应产物通过去离子水及无水乙醇离心洗涤，再在烘箱中，在60℃干燥处理12h，其中，2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6的质量分数比为4:1。
图1a至图1c分别为实施例三所得2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂的透射电子显微镜图(TEM)及扫描透射电子显微镜(STEM)表征结果，从图中可以看出，2D ZIS纳米片紧密地负载在2D CIPS的表面。图1d为实施例三所得2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂的高分辨透射电子显微镜图(HRTEM)，证明ZIS/CIPS 2D/2D异质结构的成功构筑。
图2为实施例三和CIPS样品的X射线衍射(XRD)图谱结果。图2中CIPS样品的XRD谱所有特征峰都与CuInP2S6晶面一一对应(Chemistry of Materials，1994,6:1575-1580)。而实施例三所得复合光催化剂的XRD谱除了CIPS的特征峰外，另外两个明显的衍射峰与六角晶型结构的ZnIn2S4(JCPDS No.72-0773)一致，进一步表明2D/2D ZIS/CIPS复合光催化剂的成功构建。
图3为实施例三所得催化剂、CIPS和ZIS样品的紫外可见漫反射光谱图，图3中ZIS/CIPS具有更强的可见光吸收能力，进一步计算可得ZIS和CIPS的禁带宽度分别为2.02eV和2.37eV。
图4为实施例三和CIPS样品在可见光照射下分解水制氢结果对比图，2D/2D ZIS/CIPS表现出较CIPS显著的性能提升，是其制氢性能的近190倍。
图5为实施例三和CIPS样品的氮气吸附-脱附等温曲线，证明2D/2D ZIS/CIPS中存在更丰富的介孔；比表面积测试结果表明，单纯的CIPS的比表面积及总孔体积仅为0.77m2/g及0.002cm3/g，相比之下，2D/2D ZIS/CIPS具有明显提高的比表面积(175.46m2/g)及总孔体积(0.229cm3/g)，进而体现出更丰富的光催化反应附着位点。
图6及图7为实施例三和CIPS样品的光电流响应与电化学阻抗谱结果图，2D/2DZIS/CIPS样品呈现更高的光电流强度和更小的奈奎斯特圆半径，证明2D/2D ZIS/CIPS复合光催化剂具有更强的光生载流子分离效率。
图8及图9为ZIS和CIPS样品的莫特-肖特基曲线图，分析可得，ZIS和CIPS的平带电位分别为-0.58V和-0.65V(vs.Ag/AgCl)，经能斯特方程计算得到ZIS和CIPS的导带电位分别为-0.8V和-1.06V(vs.NHE,PH＝7)，进而得到价带电位分别为1.22V和1.5V(vs.NHE,PH＝7)，可以发现二者具有良好的能带匹配性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂基于2D CuInP2S6制备而成，包括：以2D CuInP2S6为基础，通过柠檬酸钠辅助的水热法合成2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂；
具体包括以下步骤：
21)依次将Zn(NO3)2·6H2O、In(NO3)3·4H2O及二水合柠檬酸三钠溶解于去离子水中，并在室温下搅拌；
22)CuInP2S6分散至步骤21)所得溶液中，然后在室温下搅拌；
23)称取硫代乙酰胺，再溶解于去离子水中，同时将其逐滴加入步骤22)所得溶液中，然后在室温下继续搅拌，得前驱体溶液；
24)将步骤23)所得前驱体溶液转移至高压釜中，再进行水热反应，然后冷却至室温，将反应产物进行离心洗涤，然后再进行干燥，得到2D/2DZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂；
还包括：
11)将铜粉、铟粉、赤磷及硫粉按照摩尔分数比1:1:2:6混合均匀并密封于真空石英管中；
12)将步骤11)得到的真空石英管在650-850℃下进行固相反应，反应完成后，冷却后收集产物，然后进行研磨，得到2D CuInP2S6。
2.根据权利要求1所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，Zn(NO3)2·6H2O、In(NO3)3·4H2O及硫代乙酰胺的摩尔分数比为1:2:8。
3.根据权利要求1所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，二水合柠檬酸三钠的用量为0-1000mg。
4.根据权利要求1所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述高压釜为聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜。
5.根据权利要求1所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤24)中，反应产物通过去离子水及无水乙醇离心洗涤。
6.根据权利要求1所述的2D/2D结构的CuInP2S6基异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述2D/2D ZnIn2S4/CuInP2S6复合光催化剂中ZnIn2S4与CuInP2S6质量分数比为(0.5-4):1。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110665528A (zh) * | 2019-10-06 | 2020-01-10 | 湖北工业大学 | 一种2D/2D g-C3N4/ZnIn2S4异质结复合光催化剂的制备方法 |
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| CN113948635A (zh) * | 2021-09-10 | 2022-01-18 | 山东师范大学 | 一种高隧道电阻的铁电隧道结忆阻器及其制备方法和应用 |
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| CN112520716A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-19 | 国家纳米科学中心 | 一种二维层状CuInP2S6半导体材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Boosting Visible-Light Photocatalytic Hydrogen Evolution with an Efficient CuInS2/ZnIn2S4 2D/2D Heterojunction;Zhongjie Guan et al.;《ACS Sustainable Chemiistry & Engineering》;第7卷;第7736页 * |
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