CN114105188A - 一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法 - Google Patents

一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114105188A
CN114105188A CN202111459945.6A CN202111459945A CN114105188A CN 114105188 A CN114105188 A CN 114105188A CN 202111459945 A CN202111459945 A CN 202111459945A CN 114105188 A CN114105188 A CN 114105188A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
array material
indium
substrate
salt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111459945.6A
Other languages
English (en)
Inventor
隋美蓉
田旭
高昌盛
时梅林
王永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xuzhou Medical University
Original Assignee
Xuzhou Medical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xuzhou Medical University filed Critical Xuzhou Medical University
Priority to CN202111459945.6A priority Critical patent/CN114105188A/zh
Publication of CN114105188A publication Critical patent/CN114105188A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G15/00—Compounds of gallium, indium or thallium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area

Abstract

本发明公开了一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，将硫源溶于去离子水，搅拌制成溶液，然后再加入锌盐和铟盐搅拌，配制成混合溶液；在聚四氟乙烯釜中放入衬底，然后将混合溶液转移到放有衬底的聚四氟乙烯釜中，再放入烘箱，升温至180~210℃，保温0.5~4小时，反应完毕后反应釜自然冷却至室温；取出衬底，用乙醇和去离子水反复冲洗后，放入烘箱中烘干，则得到In2S3纳米薄片阵列材料。本发明通过水热法以及用水作溶剂，方法简单、环保，且易于操作；不需要使用惰性气氛保护，条件简单；得到的纳米材料有着较大的比表面积、可见光响应和光电化学性能，且形貌均一。

Description

一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种阵列结构材料的制备方法，具体涉及一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法。
背景技术
氢能被认为是21世纪最具发展潜力的绿色能源之一，通过人工模拟光合作用，利用太阳光催化分解水来实现高效率制氢，而实现人工光合作用最直接的方式之一就是构建有效的光电化学（PEC）水分解***。光电化学（PEC）水裂解因其可再生、清洁环保的优点，近年来引起了极大的兴趣。为了高效的利用和转化太阳能，需设计和制备一种合适的半导体光电电极。
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、较窄的禁带宽度和较好的可见光吸收特性，它在光催化、光导、光电等领域具有很好的应用前景，是一种具有很好应用潜力的光电材料。迄今为止，已通过不同的方法成功地合成了具有各种二维形貌的In2S3，如纳米粒子、纳米片、纳米棒、纳米片和由纳米片组成的微球。硫化铟独特的物化性质不仅与其物相相关，而且很大程度上依赖于它的形貌及组织结构。对In2S3的形貌调控以同时增强其比表面积、电荷迁移率已经成为了研究热点。由于有序的纳米阵列结构具有大的比表面积、较好的稳定性、光散射促进光吸收性质以及直接的电子传输路径，纳米阵列结构的设计合成已引起了广泛的关注。
到目前为止，使用常规水热法制备In2S3纳米阵列较为困难，并且在光照下容易受到光腐蚀而从基底上脱落。已报导的文章中，涉及到In2S3纳米阵列的制备大多使用溶剂热法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，使In2S3材料能有效的被可见光激发，并且具有良好的稳定性等，避免了大量的有机溶剂使用而污染环境。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，包括以下步骤：
a．将硫源溶于去离子水，搅拌制成溶液，然后再加入锌盐和铟盐匀速搅拌20~30min，配制成混合溶液，硫源和铟盐两者间的质量比为1.5:1~2:1，优选为1.9:1；
b．在聚四氟乙烯釜中放入透明导电玻璃、铜箔或者不锈钢作为衬底，然后将步骤a中混合溶液转移到放有衬底的聚四氟乙烯釜中，再放入烘箱，升温至180~210℃，保温0.5~4小时，反应完毕后反应釜自然冷却至室温；
c．取出衬底，用乙醇和去离子水反复冲洗后，放入60~80℃的烘箱中烘干，则得到In2S3纳米薄片阵列材料。
进一步的，所述步骤a中锌盐与铟盐的摩尔数之比为3.4:100 ~ 10.2:100，优选为5.5:100，锌盐的摩尔数远低于铟盐能够确保得到的产物主体成分为In2S3而不是ZnIn2S4；锌盐与硫源的摩尔比例为2:3，则能够保障合成产物为In2S3，减小铟原料的浪费。
进一步的，所述步骤a中硫源为硫脲或硫代乙酰胺；锌盐为氯化锌、硫酸锌或硝酸锌；铟盐为硝酸铟、氯化铟或硫酸铟。
进一步的，所述步骤c中In2S3纳米薄片阵列材料厚度为100 nm，膜层厚度为4.5 μm。
进一步的，所述步骤b中水热温度为190℃。
进一步的，所述步骤b中水热时间为3小时。
进一步的，所述步骤a中加入的硫源、铟盐和锌盐的比例为1.5~2: 1: 0.034~0.134，优选为2: 1: 0.04；其中加入锌盐的比例尤其重要，若不加或加入过少的锌盐，则得不到纳米薄片阵列结构；若加入过量的锌盐，则会形成ZnIn2S4纳米阵列而非In2S3纳米薄片阵列材料。
与现有技术相比，本发明通过水热法以及用水作溶剂，方法简单、环保，且易于操作；不需要使用惰性气氛保护，条件简单；In2S3材料的带隙窄，约为2.0 eV，具有可见光响应；制得的In2S3纳米薄片阵列材料是由若干个纳米薄片有序排列而成的阵列结构，不仅有着较大的比表面积、可见光响应和催化性能，而且形貌均一，适合大面积生产及应用；适合应用于气敏传感、光电分解水制氢、光电还原CO2等领域。
附图说明
图1为本发明In2S3纳米薄片阵列材料与ZnIn2S4纳米阵列材料的外观形貌对比图；
图2为本发明In2S3纳米薄片阵列材料的微观形貌图；
图3为本发明In2S3纳米薄片阵列材料的XRD图谱；
图4为本发明In2S3纳米薄片阵列材料的紫外-可见光吸收谱及其禁带宽度估算结果图；
图5为本发明In2S3纳米薄片阵列材料的XPS图谱：(a)为总谱，(b)为In元素的精细谱，(c) 为S元素的精细谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施方案1
将0.15g硫脲溶解于20mL去离子水中，匀速搅拌20min，然后再加入0.29g氯化铟和0.02g硝酸锌，匀速搅拌30min后，将上述混合溶液转移到聚四氟乙烯釜中，聚四氟乙烯釜中事先放有两块2×3cm的导电面朝下的透明导电玻璃作为衬底；然后放入烘箱中210℃反应3h；反应完毕后反应釜自然冷却至室温，取出透明导电玻璃，用乙醇和去离子水反复冲洗后，放入60℃的烘箱中烘干，得到一层橘黄色膜层，即为In2S3纳米薄片阵列材料。
In2S3纳米薄片阵列材料的宏观形貌特征如图1b所示，其为一层橘黄色薄膜；如图1a所示，与之相对的不加锌盐的ZnIn2S4材料则为黄色。图2a和图2b分别为本发明In2S3纳米薄片阵列材料的微观形貌的表面图和截面图，由图2a可以看出In2S3纳米薄片阵列材料是由若干个纳米薄片组成的有序阵列，由图2b可以看出纳米片阵列是有两层组成，其中下层的ZnIn2S4籽晶层的厚度约为100 nm，上层的In2S3膜层厚度为4.5μm。如图3所示，In2S3纳米薄片阵列材料中除了显示FTO的峰，不存在其他杂峰，得到较纯的In2S3。如图4所示，In2S3纳米薄片阵列材料的可见光区出现较强吸收，对应着其带隙为2.08eV。如图5所示，In2S3纳米薄片阵列材料的XPS图谱中的In元素显示为+3价，S元素显示为-2价，杂相ZnIn2S4的成分极其微小可以忽略不计。
实施方案2
将0.38g硫脲溶解于50mL去离子水中，匀速搅拌20min，然后再加入0.73g硝酸铟和0.02g硫酸锌，匀速搅拌30min后，将上述混合溶液转移到聚四氟乙烯釜中，聚四氟乙烯釜中事先放有两块2×3cm的导电面朝下的铜箔作为衬底；然后放入烘箱中190℃反应2h取出，自然冷却至室温，取出铜箔，用乙醇和去离子水反复冲洗后，放入70℃的烘箱中烘干，则得到橘黄色的In2S3纳米薄片阵列材料。
实施方案3
将0.38g硫代乙酰胺溶解于50mL去离子水中，匀速搅拌30min，然后再加入0.73g硫酸铟和0.02g氯化锌，匀速搅拌20min后，将上述混合溶液转移到聚四氟乙烯釜中，聚四氟乙烯釜中事先放有两块2×3cm的导电面朝下的不锈钢作为衬底；然后放入烘箱升温至180℃反应4h；反应完毕后反应釜自然冷却至室温，取出不锈钢，用乙醇和去离子水反复冲洗后，放入80℃的烘箱中烘干，则得到橘黄色的In2S3纳米薄片阵列材料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．将硫源溶于去离子水，搅拌制成溶液，然后再加入锌盐和铟盐匀速搅拌20~30min，配制成混合溶液，硫源和铟盐两者间的质量比为1.5:1~2:1；
b．在聚四氟乙烯釜中放入透明导电玻璃、铜箔或者不锈钢作为衬底，然后将步骤a中混合溶液转移到放有衬底的聚四氟乙烯釜中，再放入烘箱，升温至180~210℃，保温0.5~4小时，反应完毕后反应釜自然冷却至室温；
c．取出衬底，用乙醇和去离子水反复冲洗后，放入60~80℃的烘箱中烘干，则得到In2S3纳米薄片阵列材料。
2.根据权利要求1所述的一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中锌盐与铟盐的摩尔数之比为3.4:100 ~ 10.2:100；锌盐与硫源的摩尔比例为2:3。
3.根据权利要求1所述的一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中硫源为硫脲或硫代乙酰胺；锌盐为氯化锌、硫酸锌或硝酸锌；铟盐为硝酸铟、氯化铟或硫酸铟。
4.根据权利要求1所述的一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中In2S3纳米薄片阵列材料厚度为100 nm，膜层厚度为4.5μm。
5.根据权利要求1所述的一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中水热温度为190℃。
6.根据权利要求1所述的一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中水热时间为3小时。
7.根据权利要求1所述的一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中加入的硫源、铟盐和锌盐的比例为1.5~2: 1: 0.034~0.134。
CN202111459945.6A 2021-12-01 2021-12-01 一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法 Pending CN114105188A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111459945.6A CN114105188A (zh) 2021-12-01 2021-12-01 一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111459945.6A CN114105188A (zh) 2021-12-01 2021-12-01 一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114105188A true CN114105188A (zh) 2022-03-01

Family

ID=80366216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111459945.6A Pending CN114105188A (zh) 2021-12-01 2021-12-01 一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114105188A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115125560A (zh) * 2022-06-14 2022-09-30 杭州电子科技大学 一种β相硫化铟微米片阵列的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102169962A (zh) * 2011-03-10 2011-08-31 许昌学院 基于In2S3网状纳米晶阵列与P3HT杂化薄膜的太阳能电池器件
US20130017322A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 Chung-Shin Wu Method for forming an indium (iii) sulfide film
CN104588039A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 山东玉皇新能源科技有限公司 一种分级结构硫化铟光催化剂及其制备方法
CN108409157A (zh) * 2018-03-19 2018-08-17 中国矿业大学 一种ZnIn2S4纳米薄片阵列结构及其制备方法
CN109052988A (zh) * 2018-10-19 2018-12-21 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种锌铟硫纳米片阵列薄膜的制备方法
CN109338391A (zh) * 2018-10-18 2019-02-15 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于光电化学分解水制氢的基底的制备方法及其产品和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102169962A (zh) * 2011-03-10 2011-08-31 许昌学院 基于In2S3网状纳米晶阵列与P3HT杂化薄膜的太阳能电池器件
US20130017322A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 Chung-Shin Wu Method for forming an indium (iii) sulfide film
CN104588039A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 山东玉皇新能源科技有限公司 一种分级结构硫化铟光催化剂及其制备方法
CN108409157A (zh) * 2018-03-19 2018-08-17 中国矿业大学 一种ZnIn2S4纳米薄片阵列结构及其制备方法
CN109338391A (zh) * 2018-10-18 2019-02-15 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于光电化学分解水制氢的基底的制备方法及其产品和应用
CN109052988A (zh) * 2018-10-19 2018-12-21 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种锌铟硫纳米片阵列薄膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUIMIN GENG ET AL.: "Epitaxial In2S3/ZnIn2S4 heterojunction nanosheet arrays on FTO substrates for photoelectrochemical water splitting", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》, pages 150289 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115125560A (zh) * 2022-06-14 2022-09-30 杭州电子科技大学 一种β相硫化铟微米片阵列的制备方法
CN115125560B (zh) * 2022-06-14 2023-10-17 杭州电子科技大学 一种β相硫化铟微米片阵列的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. ZnO/CuInS2 core/shell heterojunction nanoarray for photoelectrochemical water splitting
CN109621979B (zh) 一种ZnO/锌铟硫纳米异质结的制备方法
Han et al. High-efficiency photoelectrochemical electrodes based on ZnIn2S4 sensitized ZnO nanotube arrays
CN109037398B (zh) 一种铯锡碘薄膜的制备方法及基于其的光伏器件
CN103396009B (zh) 一种制备铜铝碲薄膜的方法
CN104277219B (zh) 一种光催化材料聚酰亚胺及其制备方法和应用
Liu et al. Spray pyrolysis deposition of Cu3BiS3 thin films
CN110624563A (zh) 一种银离子掺杂硫代铟酸锌异质结光催化剂制备方法
TWI421214B (zh) Ibiiiavia族非晶相化合物及應用於薄膜太陽能電池之ibiiiavia族非晶相前驅物的製造方法
CN107282070A (zh) 一种三维花片状硫铟锌微‑纳米线阵列及其制备方法和应用
Jia et al. p-Cu2O/n-ZnO heterojunction fabricated by hydrothermal method
CN102874747B (zh) 一种基于金属氧化物纳米阵列电场导向外延生长水滑石制备多级结构材料的方法
Li et al. Direct Z-scheme MgIn2S4/TiO2 heterojunction for enhanced photocathodic protection of metals under visible light
CN106449367A (zh) 一种合成碘化铜锌三元宽带隙化合物半导体薄膜材料的化学方法
Zhao et al. One-pot molten salt method for constructing CdS/C3N4 nanojunctions with highly enhanced photocatalytic performance for hydrogen evolution reaction
CN114105188A (zh) 一种In2S3纳米薄片阵列材料的制备方法
Sawant et al. Chemical bath deposition of CuInS2 thin films and synthesis of CuInS2 nanocrystals: a review
Chang et al. Microwave solvothermal synthesis of cubic MnS@ Ag2S core-shell photocatalysts with improved charge separation and photocatalytic activity
CN115007174A (zh) 一种二维CdIn2S4纳米片及其制备方法、用途
Ullah et al. Investigation of air-stable Cs2SnI6 films prepared by the modified two-step process for lead-free perovskite solar cells
CN102153288A (zh) 一种择尤取向硫化二铜薄膜的制备方法
Cao et al. A heterojunction film of NiS2 and MnS as an efficient counter electrode for dye-sensitized solar cells
Altaf et al. Synthesis of Cu (In, Ga) S2 nanoparticles via hot-injection method and incorporation with 3D-ZnO/In2S3 heterojunction photoanode for enhanced optical and photoelectrochemical properties
CN108786872B (zh) 一种花状WS2/Bi2O2CO3异质结光催化材料的合成方法及其应用
CN103400894B (zh) 一种制备硫化锌光电薄膜的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination