一种MnIn2S4-MoO2异质结光催化剂及其制备方法

本发明涉及光催化剂领域，具体涉及一种mnin2s4-moo2异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、能源和环境问题是当今人类面临的两大挑战，基于半导体的光催化技术有望在上述问题中实现突破，因此该技术的研究与发展成为近几十年来相关领域的关注热点。然而，大量研究表明，半导体催化剂的能带宽度及光生载流子寿命是影响光催化剂催化效率及应用的关键因素。半导体能带较宽，将导致可见光响应能力弱，太阳光利用率低；单质半导体由于其均相性，受光激发产生的光生电子和空穴极易复合，导致光量子效率下降，影响其光催化效果，进而限制了其工业化应用。

2、近年来，三元金属硫系半导体因其能带宽度较窄，表现出优良的可见光活性，受到本领域研究人员的关注。其中，mnin2s4禁带宽度约为2.2ev，具有较好的可见光响应能力。此外，将mnin2s4与其他半导体材料组装形成异质结能抑制光生电子和空穴的复合。moo2作为一种金属氧化物半导体，具有良好的电导率及化学稳定性，能有效捕获电子，进而促进光生电子和空穴的分离。且mnin2s4与moo2能带电位交错，两者之间可形成电子和空穴的传递路径。但现有异质结光催化材料存在异质材料间耦合度差、光生载流子异质间传输效率低和异质结催化剂制备工艺复杂等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种mnin2s4-moo2异质结光催化剂及其制备方法，该方法制得的mnin2s4-moo2异质结光催化剂中mnin2s4和moo2间通过s-mo键紧密结合，此化学键为光生载流子在异质间传输提供通道，抑制光生电子和空穴的复合，进而使得催化剂的光催化活性显著提升。

2、本发明所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1.通过热液法制备mnin2s4催化剂；

4、s2.以硼氢化钠为活化剂对所制得mnin2s4进行活化；

5、s3.将活化后的mnin2s4与moo2前驱物混合，通过热液法和煅烧法制得mnin2s4-moo2异质结光催化剂。

6、其中，步骤s1中所述热液法具体过程为：将mncl2·4h2o、incl3·4h2o和硫代乙酰胺加入到乙醇溶液中，搅拌形成均匀混合液；所述混合液移入反应釜进行热液反应，所得产物经洗涤烘干后得到mnin2s4光催化剂。所述mncl2·4h2o、incl3·4h2o和硫代乙酰胺的摩尔比为1：2：4，所述硫代乙酰胺与乙醇的用量比为4～8mmol：50～80ml，所述热液反应温度为110～200℃，反应时间为8～48h。

7、其中，步骤s2中所述活化具体过程为：将s1中制得的mnin2s4光催化剂加入到硼氢化钠的乙醇溶液中，在搅拌条件下进行加热回流反应，所得产物经洗涤烘干后得到活化后mnin2s4光催化剂。所述mnin2s4、硼氢化钠和乙醇的用量比为100～500mg：20～150mg：40～60ml，所述反应温度为30～60℃，所述反应时间为1.5～5h。

8、其中，步骤s3中所述热液法和煅烧法具体过程为：将mocl5、醋酸和步骤s2中制得的活化mnin2s4加入到乙醇溶液中，搅拌形成均匀混合液；所述混合液移入反应釜进行热液反应，所得产物经洗涤烘干后置于管式炉中煅烧，制得mnin2s4-moo2异质结光催化剂。所述mocl5、醋酸、活化mnin2s4和乙醇的用量比为2～8mmol：1～3ml：1～10mmol：50～80ml，所述热液反应时间为12～48h，所述热液反应温度为100～200℃，所述煅烧温度为200～500℃，所述煅烧氛围为氩气，所述煅烧时间为30～120min。

9、本发明通过热液法制得mnin2s4单相光催化剂，再以硼氢化钠对mnin2s4进行活化处理，使得mnin2s4晶相结构中的不饱和s空位增加，再将活化后的mnin2s4通过热液法和煅烧法与moo2前驱物反应制得mnin2s4-moo2异质结光催化剂，此过程中活化后的mnin2s4结构中不饱和的s原子与moo2中的mo原子结合生成s-mo键，使得异质结中mnin2s4和moo2形成紧密化学键耦合，能够有效促进异质结催化剂光生电子和空穴的分离，使得光催化活性获得显著提升。

10、与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：

11、(1)本发明首次制备了mnin2s4-moo2异质结光催化剂，该催化剂制备方法简单，反应条件温和，对设备要求低，对环境无污染，易于工业化生产。

12、(2)本发明制得的mnin2s4-moo2异质结光催化剂中mnin2s4和moo2间通过s-mo键耦合，具有紧密的结合度，在进行光催化反应时该s-mo键能促进光生载流子在异质材料间传输，抑制电子和空穴的复合，光催化活性获得显著增强。

13、(3)本发明制得的mnin2s4-moo2异质结光催化剂具有高的可见光活性，在环境治理领域具有很高的实用价值和应用前景。

技术特征：

1.一种mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述热液法的具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述mncl2·4h2o、incl3·4h2o和硫代乙酰胺的摩尔比为1：2：4，所述硫代乙酰胺与乙醇的用量比为4～8mmol：50～80ml。

4.根据权利要求2所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述热液反应温度为110～200℃，反应时间为8～48h。

5.根据权利要求1所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述活化的具体过程如下：

6.根据权利要求5所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述mnin2s4、硼氢化钠和乙醇的用量比为100～500mg：20～150mg：40～60ml。

7.根据权利要求5所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述反应温度为30～60℃，所述反应时间为1.5～5h。

8.根据权利要求1所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述热液法和煅烧法的具体步骤如下：

9.根据权利要求8所述的mnin2s4-moo2异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所所述mocl5、醋酸、活化mnin2s4和乙醇的用量比为2～8mmol：1～3ml：1～10mmol：50～80ml；

10.一种mnin2s4-moo2异质结光催化剂，其特征在于，采用了权利要求1-9中任一项所述的制备方法获得。

技术总结
本发明公开了一种MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;‑MoO<subgt;2</subgt;异质结光催化剂及其制备方法，其制备方法具体为：通过热液法制备MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;；以硼氢化钠为活化剂对所制得MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;进行活化；将活化后MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;与MoO<subgt;2</subgt;前驱物混合，通过热液法和煅烧法制得MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;‑MoO<subgt;2</subgt;异质结光催化剂；本发明制得的MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;‑MoO<subgt;2</subgt;异质结光催化剂中MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;和MoO<subgt;2</subgt;间通过S‑Mo键键合，具有紧密的耦合度；该共价键极大改善了异质结光催化剂的光生载流子分离效率，所得MnIn<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;‑MoO<subgt;2</subgt;异质结表现出优异的光催化性能；本发明方法工艺简单、反应条件温和且对环境无污染，易于工业化生产。

技术研发人员：傅小飞,徐鑫阅,李慧敏,陶俊武,马硕,王茗萱,王磊,高永,张曼莹
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12