一种N,O共掺杂碳包覆的In2S3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球光催化剂的制备方法

本发明涉及一种超薄纳米片组装的蒲公英样微球光催化剂的制备方法，具体涉及到一种n,o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球光催化剂的制备方法。

背景技术：

1、有机硫化物的选择性氧化由于其实际应用和在亚砜选择性控制方面的挑战，是半导体光催化中备受关注的探针反应之一。亚砜是一种有价值的生物活性分子，作为抗菌和抗溃疡药物的化学中间体，在药学领域有多种应用。为了减少所需亚砜从系统中分离过程的工作量，需要开发一种有效的将硫化物直接氧化为亚砜的高选择性半导体光催化剂。

2、in2s3是典型的iii-vi族硫化物半导体材料，禁带宽度约为2.00ev。由于其稳定的物理和化学性质，较窄带隙和高光敏性，特别是其可持续利用太阳能的光催化性能而受到人们的广泛关注。in2s3基光催化剂的导电带位置高于o2/o2·-的还原电位(-0.33 v vsnhe)，因此受光激发生成的光生电子可以将氧气分子（o2）还原为超氧自由基（o2·-）。o2·-是光催化有机氧化反应中，特别是选择性氧化反应中的主要活性基团。因此，in2s3作为光催化剂，在温和反应条件下催化有机氧化反应领域具有潜在的应用前景。

3、采用水热法制备的in2s3多为纳米片状结构，虽然片状材料的二维平面结构具有较大的比表面积能为光催化反应提供较多的反应活性位点，但较厚的片状结构会延长光生载流子由体相向表面的迁移路径，导致大多数的光生载流子在向表面迁移的过程中或因复合而湮灭，或因能量耗尽而湮灭，因此只有极少数的光生载流子能顺利迁移至表面参与光催化反应。制备超薄纳米片是改善片状结构光催化活性的途径之一。但是超薄纳米片较高的表面能使其难以独立存在，多形成团聚状态，以降低体系整体的能量。团聚会严重减少超薄纳米片体系的有效反应活性位点，从而降低体系的光催化活性。因此，制备高效in2s3基光催化剂的关键在于提高其光生载流子分离率的同时，确保其表面活性位点的充分暴露。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种n,o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球光催化剂（n,o-c/in2s3 dp）的制备方法，其独特的三维分级结构可以最大限度地暴露超薄纳米片的表面活性位点，为光催化反应提供了充足的表面位点。外部包覆的n,o共掺杂碳层不仅能实现光生电子和空穴有效的空间分离，还能增强对有机反应物的活化作用。此外，n和o在碳层中的多电子共掺杂有利于有机选择性氧化反应的重要活性基团超氧自由基（o2·-）的生成。因此，制备所得的n,o-c/in2s3 dp在多种光源下（蓝光、绿光、黄光）均对有机硫化物选择性氧化生成亚砜的反应展现出来优良的光催化活性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种n,o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球光催化剂的制备方法，包括以下步骤:

3、a.将铟盐和2,5-吡啶二羧酸溶解在n、n-二甲基甲酰胺和去离子水的混合溶剂中。

4、b.将步骤a中的混合溶液转移至烘箱中，升温至100℃-140℃，保温2-6h时。

5、c.取出步骤b中的混合物，离心收集产物，用乙醇洗涤几次，然后在60℃的烘箱中烘干，则得到 in(pydc)2。

6、d.将步骤c得到的in(pydc)2和l-半胱氨酸均匀分散在去离子水中。

7、e.将步骤d中的混合物移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜再转移至烘箱中，升温至150-200℃，保温0.5-2h时。

8、f.取出步骤e中的混合物，离心收集产物，用乙醇洗涤几次，然后在60℃的烘箱中的烘干，则得到sp-in(pydc)2。

9、g.将步骤f中得到的sp-in(pydc)2平铺于瓷舟底部，转移至高温管式升温至400摄氏度，惰性气体气氛下，煅烧1小时，得到n,o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球。

10、进一步的，所述步骤a中铟盐为硝酸铟、氯化铟或硫酸铟，铟盐和2,5-吡啶二羧酸的摩尔比为1:1。

11、进一步的，所述步骤b中的水热温度为120℃。

12、进一步的，所述步骤b中的水热时间为4h。

13、进一步的，所述步骤d中的in(pydc)2的前驱物和l-半胱氨酸的摩尔比例为1:5.6，转换为质量比为2:3。

14、进一步的，所述步骤e中的水热温度为200℃。

15、进一步的,所述步骤e中的水热时间为2h，此过程中的水热时间最为重要，若小于0.5h则得不到蒲公英微米球。

16、进一步的，所述步骤惰性气体可以为n2，ar。

17、与现有技术相比，本发明以in(pydc)2为前驱物，通过“解离-组装-碳化”过程，即可得到n,o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片装的蒲公英样微米球光催化剂。该光催化剂不仅具有高的光生载流子分离率，还能为光催化反应提供充足的表面活性位点，因此在光催化领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种n,o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种n、o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球，其特征在于：所述步骤a铟盐和2,5-吡啶二羧酸的摩尔比为1:1。

3.根据权利要求1所述的一种n、o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球，其特征在于：所述步骤b；其水热温度为120℃，反应时间为4h。

4.根据权利要求1所述的一种n、o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球，其特征在于：所述步d骤；in(pydc)2与l-抗坏血酸的摩尔比为1:5.6，转换为质量比为2：3，其水热温度为200℃，反应时间为2h。

5.根据权利要求1所述的一种n、o共掺杂碳包覆的in2s3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球，其特征在于：所述步f骤；惰性气体为ar或n2。

技术总结
本发明公开了一种由N、O共掺杂碳包覆的In2S3超薄纳米片组装的蒲公英样微米球（N,O‑C/In2S3 DP）的制备方法。该方法以具有层状结构的配位化合物In(pydc)2作为前驱体，L‑半胱氨酸作为硫化剂和结构调节剂，经过“解离‑组装‑碳化”的过程，制备得到了组分结构独特的N,O‑C/In2S3 DP。“解离‑组装‑碳化”的具体过程为L‑半胱氨酸的巯基（‑SH）与In(pydc)2的In离子结合，其碳链（‑CH2CHNH2COOH）插入In(pydc)2的层间，解离In(pydc)2前驱体的层状结构，解离得到的超薄纳米片再组装成具有三维多级结构的微米球，最后经高温煅烧，将前驱体中的配体转化为N、O共掺杂的碳层，均匀包覆在In2S3超薄纳米片的外部。该方法制得的N,O‑C/In2S3 DP在多种光源下（蓝光、绿光、黄光）均对有机硫化物选择性氧化得到亚砜反应展现出了优异的光催化活性。

技术研发人员：孙立鸣,张浩博,韩锡光
受保护的技术使用者：江苏师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5