开发高效、稳定的半导体光催化材料是太阳能光催化制氢领域的研究热点,ZnIn2S4因其合适的能隙、带边电势位置以及稳定、低毒等优点而受到广泛关注.但在实际应用中,单纯的ZnIn2S4光催化制氢活性仍较低,主要原因是ZnIn2S4受激产生光生电子-空穴对后,载流子的传输、分离效果不理想,易在体相或表面复合;再者是单一的ZnIn2S4表面缺少催化反应产氢的活性位点.为提高催化活性,通常在催化剂的表面负载一定量的贵金属作为助催化剂,但由于贵金属成本高和稀缺性,限制了其实际的应用.因此,开发低成本、储量丰富、高效的非贵金属助催化剂来增强ZnIn2S4的光催化制氢活性具有显著意义.最近研究表明,具有层状结构的MoS2可被作为一种非贵金属助催化剂应用于光催化制氢,且已取得了优异的光催化制氢效果.理论计算得出,暴露在MoS2边缘的不饱和S原子具有与质子H+很强的键合作用,从而使其能够作为活性位点便利地产生氢气.因而将MoS2负载于ZnIn2S4的表面,可进一步提高ZnIn2S4的光催化制氢活性.本文采用二步水热法制备了MoS2负载于ZnIn2S4微球表面的MoS2/ZnIn2S4复合光催化剂.采用X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、Raman光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱、氮气吸附-脱附测试和荧光光谱等技术对所得样品进行了表征.以乳酸作为牺牲试剂考察了MoS2负载量对光催化制氢活性的影响.结果显示,当MoS2含量为1 wt%时,MoS2/ZnIn2S4复合光催化剂的光催化产氢活性最高,达343μmol/h,是单纯ZnIn2S4的14.9倍.此外,对1 wt%MoS2/ZnIn2S4样品进行光催化制氢的长效循环测试表明,该样品在可见光下能够保持稳定、有效的光催化制氢性能.据此提出一个可能的增强光催化制氢活性机理:适量的MoS2可以促进ZnIn2S4表面光生载流子的有效传输和分离,从而延长载流子的寿命.
复合物 助催化剂 光催化产氢 电荷载流子 分离