Mn2+摻雜ZnIn2S4多孔光催化劑催化產氫性能研究*

李錦書，白雪峰,2**

（1.黑龍江大學 化學化工與材料學院，黑龍江 哈爾濱150080;2.黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍江 哈爾濱150040）

Mn2+摻雜ZnIn2S4多孔光催化劑催化產氫性能研究*

李錦書1，白雪峰1,2**

（1.黑龍江大學 化學化工與材料學院，黑龍江 哈爾濱150080;2.黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍江 哈爾濱150040）

以溴代十六烷基吡啶（CPBr）為模板劑，采用水熱法制備出系列Mn2+摻雜的ZnIn2S4多孔光催化劑。通過XRD、FESEM、UV-Vis、XPS等分析手段對催化劑進行了表征，考察了摻雜Mn2+濃度對多孔ZnIn2S4光催劑的形貌結構和可見光催化產氫性能的影響。實驗結果表明，Mn2+摻雜影響催化劑的晶體結構及其微觀形貌，摻雜后的ZnIn2S4光催化劑產氫活性顯著提高，其中Mn2+（0.5%）-ZnIn2S4光催化劑表現出最優產氫活性，產氫速率達到3286.4μmol/（h·g）。

ZnIn2S4；Mn2+摻雜；光催化；水熱

Abstract:A series of Mn2+doped ZnIn2S4porous photocatalysts were synthesized via a hydrothermal process using cetylpyridinium bromide（CPBr）as template.The above-prepared photocatalysts were characterized by X-ray diffraction （XRD）,field emission scanning electron microscopy（FESEM）,UV-Vis diffusive reflectance spectroscopy （DRS）and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）.The influences of concentration of Mn2+doping on the morphology and photocatalytic activity of ZnIn2S4photocatalysts were investigated.The results demonstrated that Mn2+doping had great effects on the crystal structure and micro-morphology.The photocatalytic activity of ZnIn2S4was enhanced by Mn2+doping,and the highest rate of hydrogen evolution of 3286.4μmol/（h·g）over Mn2+（0.5%）-ZnIn2S4was observed.

Key words:ZnIn2S4；Mn2+doping；photocatalytic；hydrothermal

前 言

利用太陽能光催化分解水和硫化氫為人們提供了一種將太陽能轉換為氫能的環境友好途徑[1～2]。近年來，多元金屬硫化物因其所具有的化學穩定性和多種形貌，在光催化制氫領域表現出了優于二元硫化物的結構優勢，逐漸引起了人們的研究興趣[3～5]。

ZnIn2S4是屬于 ABmCn（A=Zn、Cd，etc；B=Al、Ga、In；C=S、Se、Te）家族的三元半導體金屬硫化物材料，是一類具有獨特光電性能[6～9]和催化性能[10]的新型光催化劑。ZnIn2S4具有六方層狀結構，禁帶寬度較窄，在可見光區域具有較強的吸收，可提高光能利用率。為了進一步提高光催化活性，國內外學者通過貴金屬沉積[11]、半導體復合[12～13]，金屬離子摻雜[14]以及光敏化[15]等手段，對光催化劑進行改性，并應用于制氫、環境處理等方面。由于過渡金屬元素存在多個化合價，將少量的過渡金屬離子摻入到半導體材料的晶格中，引入缺陷位或者改變其結晶度，影響光生電子-空穴對的復合及其傳遞過程，從而影響半導體的光催化活性。……