本發(fā)明屬于能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種用作光電催化析氫材料的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

化石燃料燃燒釋放大量有毒氣體，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和危害了人們的身體健康，因此開(kāi)發(fā)利用新型的清潔能源是我們面臨的迫切任務(wù)。相對(duì)于風(fēng)能、核能等新型可再生清潔能源，氫氣具有制備條件簡(jiǎn)單、設(shè)備價(jià)格相對(duì)低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，且具有燃燒熱值高、產(chǎn)物為水，沒(méi)有有害氣體物質(zhì)生成，不污染環(huán)境，因此綠色環(huán)?？稍偕茉礆錃饩哂袕V泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)制氫方法有石油裂解法和水煤氣法等，這些方法需要消耗化石原料且制備的氫氣純度低。而光電解水制氫以水為原料，原料水來(lái)源廣、價(jià)格低廉且可循環(huán)使用。單純的電解水往往消耗巨大的電能，光電析氫材料能夠吸收太陽(yáng)光，將光能轉(zhuǎn)化為電能，減少了對(duì)電能的消耗。析氫電極材料需要具有高的電化學(xué)穩(wěn)定性和較低的過(guò)電位，過(guò)電位低意味著電解水時(shí)消耗較低的電功。因此，析氫性能可以用塔菲爾斜率來(lái)衡量，塔菲爾斜率反映了參與電子數(shù)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程。塔菲爾斜率越小，則析氫性能越好。

貴金屬如Pt已經(jīng)被廣泛證實(shí)是優(yōu)異的析氫催化劑，具有接近于零伏的低過(guò)電位（相對(duì)于可逆氫電極）和小的塔菲爾斜率，催化活性高且穩(wěn)定，但價(jià)格昂貴且稀少限制了它的廣泛應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)無(wú)貴金屬的析氫催化劑迫在眉睫。

MoS₂是一種非常優(yōu)異的析氫陰極催化劑，價(jià)格低廉，具有優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和析氫活性，但是，單獨(dú)的MoS₂邊緣析氫活性位點(diǎn)比較少，光生電子和空穴容易復(fù)合，嚴(yán)重降低了MoS₂的光電析氫性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用作光電催化析氫材料的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑及其制備方法，采用水熱法制備了MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑，In₂S₃的加入能夠增加MoS₂的析氫活性位點(diǎn)，降低光生電子和空穴的復(fù)合幾率，極大的提高了光電催化析氫性能。并且水熱法制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種用作光電催化析氫材料的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的制備方法，將鉬源、銦源和硫源配置成溶液，經(jīng)混合攪拌，超聲分散均勻后，利用一步水熱法在ITO玻璃基底上制備出所述的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的制備方法具體包括以下步驟：

（1）將鉬源和銦源溶于水得到溶液，其中鉬和銦的摩爾比為1：（0.5-10）；

（2）在步驟（1）中配置的溶液中加入硫源，并超聲分散均勻；

（3）將步驟（2）得到的溶液和預(yù)處理過(guò)的基底ITO置于水熱釜中，水熱溫度控制在150-220oC，水熱時(shí)間控制在15-24h；

（4）反應(yīng)結(jié)束冷卻到室溫，取出基底ITO，分別在無(wú)水乙醇和去離子水浸泡，烘干，最后在ITO玻璃上得到MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的鉬源為鉬酸鈉、鉬酸銨、氧化鉬。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的銦源為氯化銦、硝酸銦、氧化銦。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的硫源為硫代乙酰胺、硫脲、硫化鈉。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的超聲分散的時(shí)間為10-30min。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，鉬和銦的摩爾比為1：（2-5），更優(yōu)選為1：（2-3），最優(yōu)選為1:2。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，鉬和硫的摩爾比為1: (5-10)，更優(yōu)選為1: 6.67。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，基底ITO的預(yù)處理為：將切割好ITO玻璃依次在丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗15min，烘干待用，以去除表面的雜質(zhì)避免影響實(shí)驗(yàn)。

在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟4）中的浸泡時(shí)間為10-60min。

本發(fā)明還保護(hù)上述的制備方法制備得到的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑。

另外，作為比較，單純的MoS₂的制備工藝與上述MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的制備工藝相同，除了體系中不加銦鹽外。

本發(fā)明制備的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明利用一步水熱法制備MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑，用硫代乙酰胺替代傳統(tǒng)的硫脲、尿素為硫源。反應(yīng)中沒(méi)有任何表面活性劑和其他添加劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。水熱制備工藝簡(jiǎn)單、易于操作和實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好。

（2）在ITO玻璃基底上直接生長(zhǎng)出MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑，樣品致密且連續(xù)。

（3）本發(fā)明中制備的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑具有優(yōu)異的光電催化性能，在光電催化制氫方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1是實(shí)施例1中制備的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的X射線(xiàn)光電子能譜圖（XPS）

其中，a圖為XPS全譜圖，b圖為In元素的XPS譜圖，c圖為Mo元素的XPS譜圖，d圖為S元素的XPS譜圖；

圖2是實(shí)施例1中制備的MoS₂的掃描電子顯微鏡圖；

圖3是實(shí)施例1中制備的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的掃描電子顯微鏡照片；

圖4是實(shí)施例1中制備的MoS₂和MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的塔菲爾斜率圖；

圖5是實(shí)施例2中制備的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的掃描電子顯微鏡照片。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

（1）分別稱(chēng)取0.015g二水合鉬酸鈉和0.0266g氯化銦（摩爾比為1:2）溶于20ml去離子水中；

（2）稱(chēng)取0.03g硫代乙酰胺于步驟（1）溶液中，攪拌均勻后超聲30min；

（3）將步驟（2）配置的溶液轉(zhuǎn)移到25ml水熱釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將預(yù)處理好的ITO玻璃導(dǎo)電面朝下斜放在于內(nèi)膽中，把水熱釜和內(nèi)襯密封后，將水熱釜的溫度控制在220oC，水熱時(shí)間控制在20h，得到附著力良好的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑；

（4）取出ITO玻璃分別在無(wú)水乙醇和去離子水浸泡15min，烘干，得到MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑。

單純MoS₂的制備：稱(chēng)取0.015g二水合鉬酸鈉和0.03g硫代乙酰胺溶于20ml去離子水中，攪拌均勻后超聲30min；將超聲好的溶液轉(zhuǎn)移到25ml水熱釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將預(yù)處理好的ITO玻璃導(dǎo)電面朝下斜放在于內(nèi)膽中，把水熱釜和內(nèi)襯密封后，將水熱釜的溫度控制在220oC，水熱時(shí)間控制在20h，得到附著力良好的MoS₂催化劑。

圖1的XPS譜圖說(shuō)明制備的復(fù)合催化劑中確實(shí)存在MoS₂和In₂S₃，沒(méi)有雜質(zhì)物質(zhì)生成。制備的單純MoS₂的Mo元素和S元素的XPS譜圖與圖1的基本一致，也證實(shí)了單純MoS₂的存在。圖2的掃描電鏡圖可知單純MoS₂為片層結(jié)構(gòu)，圖3 MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的掃描電鏡圖說(shuō)明In₂S₃的加入沒(méi)有改變MoS₂的片層結(jié)構(gòu)且片層厚度減小。從圖4的塔菲爾斜率圖可知，MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑在無(wú)光和有光下的塔菲爾斜率分別為87mV/dec和65mV/dec，明顯小于MoS₂在無(wú)光和有光下的塔菲爾斜率，說(shuō)明與單純的MoS₂相比，MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑具有優(yōu)異的光電催化性能。

實(shí)施例2

（1）分別稱(chēng)取0.015g二水合鉬酸鈉和0.0665g氯化銦（摩爾比為1:5）溶于20ml去離子水中；

（2）稱(chēng)取0.03g硫代乙酰胺與步驟1）溶液中，攪拌均勻后超聲30min；

（3）將步驟2）配置的溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將預(yù)處理好的ITO玻璃導(dǎo)電面朝下斜放在于內(nèi)膽中，把水熱釜和內(nèi)襯密封后，將水熱釜的溫度控制在220oC，水熱時(shí)間控制在20h，得到附著力良好的MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑；

（4）取出ITO玻璃分別在無(wú)水乙醇和去離子水浸泡15min，烘干，得到MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑。

MoS₂/In₂S₃復(fù)合催化劑的掃描電鏡圖（圖5）說(shuō)明得到的薄膜是均勻連續(xù)的，與實(shí)施例1相比In₂S₃出現(xiàn)了明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，團(tuán)聚會(huì)影響In₂S₃與MoS₂的復(fù)合程度，也會(huì)影響MoS₂邊緣活性位點(diǎn)的暴露，進(jìn)而對(duì)催化性能產(chǎn)生影響，當(dāng)鉬和銦的摩爾比為1:2（見(jiàn)實(shí)施例1）時(shí)性能最好。塔菲爾斜率與實(shí)施例1的基本一致，樣品也具有高的光電催化活性。

當(dāng)然，上述說(shuō)明并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)作出的變化，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。