一种高产氢性能原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构的
制备方法
技术领域
[0001] 本
发明属于光催化材料及其制备技术领域,具体涉及高产氢性能原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构的制备方法。
背景技术
[0002]
半导体光催化技术是以
太阳能的化学转化与存储为核心,通过将太阳能转化为氢能的光解
水制氢技术,有望彻底解决化石
能源枯竭和
温室效应带来的问题。由于这种光化学方法可以直接用来分解水产生氢气,在缓解能源危机等问题方面受到人们的高度重视。目前,光催化技术已逐渐发展成为新兴起来的一
门化学前沿学科,但是,该技术发展的关键及核心问题仍在于研究对可见光响应有效、高效并且廉价的光催化剂。
[0003]
氧化锌(ZnO)是一种宽禁带(3.2eV)直接带隙半导体,但是ZnO
量子效率低和激发
波长短的限制,无法广泛应用,为了克服这些,对ZnO进行改性。贵金属(Au,Pt,Ag)/ZnO纳米结构因其优异的光催化活性而得到研究者的广泛研究。在这些贵金属中,Ag
纳米粒子由于其优异的化学
稳定性以及高的
电子传导率,在捕获光生电子过程中起到重要作用。Ag负载在金属氧化物的表面,可以有效的增强金属与半导体界面间的电荷转移动
力学。虽然,目前有较多的合成策略制备Ag/ZnO
复合材料,但是负载原子态Ag的ZnO纳米结构没有报道,本发明采用液相反应和低温
煅烧法将高分散的原子态Ag引入到ZnO多晶纳米带的
晶界中,得到原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构。将此纳米带组装结构用于模拟太阳光光解水制氢,光稳定性高,制氢效率比纯ZnO纳米结构大大提高。
发明内容
[0004] 为了克服
现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种将原子态Ag引入到ZnO多晶纳米带晶界中,制备纳米带组装结构,工艺简单、条件温和,大大降低了贵金属Ag的负载量,成本低,可工业化生产,且对环境无污染。得到的原子态Ag修饰的ZnO纳米带组装结构具有高产氢性能。
[0005] 为了实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:一种高产氢性能Ag/ZnO纳米带组装结构的制备方法,包括以下步骤:
[0006] (1)将0.01~0.5mol/L的二水合乙酸锌溶于去离子水,得到澄清溶液A;
[0007] (2)按比例将0.01~0.5mol/L的六次甲基四胺和尿素溶于去离子水,并转入步骤(3)得到的澄清溶液A內,得到澄清溶液B
[0008] (3)将一定体积的
硝酸银溶液加入步骤(2)得到的澄清溶液B中,搅拌均匀;
[0009] (4)将步骤(3)中配好的溶液移入反应器中,密封后放于6~100℃反应3~24h后冷却;
[0010] (5)步骤(4)结束后,将得到的产物离心,并将离心得到的产物用去离子水和无水
乙醇洗涤数次,干燥,干燥后的固体管式炉中
焙烧得到高产氢性能Ag/ZnO纳米带组装结构成品。
[0011] 本发明,步骤(2)中,六次甲基四胺和尿素的摩尔比为1:1~1:50。
[0012] 本发明,步骤(3)中,一定体积的硝酸银溶液是按照二水合乙酸锌和硝酸银的摩尔比为1000:1~100:1换算得到的。
[0013] 本发明,步骤(4)中,反应
温度为70~100℃,反应时间范围为3~24h。
[0014] 本发明,步骤(5)中,焙烧温度为200~300℃,焙烧时间0.5~2h。
[0015] 本发明所述制备方法操作简单,制备成本低,可大规模生产,所得原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构,形貌规整,尺寸可调,具有较好的晶型;此外,通过原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构可以拓宽ZnO
纳米材料在可见光区吸收范围,提高光催化活性;原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构用于模拟太阳光下光解水制氢,产氢效率高达325μmol·h-1·g-1,是纯ZnO的4倍。
附图说明
[0016] 图1为
实施例1(AZ-1)制得原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构的SEM照片;
[0017] 图2是实施例1-3制备的原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构以及比较例制备的纯ZnO光催化剂在模拟太阳光照射下的产氢曲线。
具体实施方式
[0018] 以下通过优选实施例对本发明进一步详细说明,但本发明的保护范围并不局限于此。
[0019] 实施例1
[0020] 称取0.06mol/L二水合乙酸锌溶于去离子水中,得到澄清溶液A;称取0.036mol/L六次甲基四胺和0.8mol/L尿素溶于去离子水中,得到澄清溶液B;将溶液B加入溶液A中,在混合溶液中加入5mL的硝酸银溶液,混合均匀得到反应体系,将
混合液移入反应器皿中,在90℃烘箱中反应12h后,离心、洗涤,干燥后的固体在管式炉中焙烧,焙烧温度为300℃,保温半个小时后,得到成品。
[0021] 实施例2
[0022] 称取0.06mol/L二水合乙酸锌溶于去离子水中,得到澄清溶液A;称取0.036mol/L六次甲基四胺和0.3mol/L尿素溶于去离子水中,得到澄清溶液B;将溶液B加入溶液A中,在混合溶液中加入5mL的硝酸银溶液,混合均匀得到反应体系,将混合液移入反应器皿中,在90℃烘箱中反应12h后,离心、洗涤,干燥后的固体在管式炉中焙烧,焙烧温度300℃,保温半个小时后,得到成品。
[0023] 实施例3
[0024] 称取0.06mol/L二水合乙酸锌溶于去离子水中,得到澄清溶液A;称取0.036mol/L六次甲基四胺和1.6mol/L尿素溶于去离子水中,得到澄清溶液B;将溶液B加入溶液A中,在混合溶液中加入5mL的硝酸银溶液,混合均匀得到反应体系,将混合液移入反应器皿中,在90℃烘箱中反应12h后,离心、洗涤,干燥后的固体在管式炉中焙烧,焙烧温度为300℃,保温半个小时后,得到成品。
[0025] 实施例4
[0026] 称取0.12mol/L二水合乙酸锌溶于去离子水中,得到澄清溶液A;称取0.072mol/L六次甲基四胺和1.6mol/L尿素溶于去离子水中,得到澄清溶液B;将溶液B加入溶液A中,在混合溶液中加入5mL的硝酸银溶液,混合均匀得到反应体系,将混合液移入反应器皿中,在90℃烘箱中反应6h后,离心、洗涤,干燥后的固体在管式炉中焙烧,焙烧温度为300℃,保温半个小时后,得到成品。
[0027] 实施例5
[0028] 称取0.12mol/L二水合乙酸锌溶于去离子水中,得到澄清溶液A;称取0.072mol/L六次甲基四胺和0.8mol/L尿素溶于去离子水中,得到澄清溶液B;将溶液B加入溶液A中,在混合溶液中加入5mL的硝酸银溶液,混合均匀得到反应体系,将混合液移入反应器皿中,在80℃烘箱中反应12h后,离心、洗涤,干燥后的固体在管式炉中焙烧,焙烧温度为300℃,保温半个小时后,得到成品。
[0029] 比较例
[0030] 称取0.06mol/L二水合乙酸锌溶于去离子水中,得到澄清溶液A;称取0.036mol/L六次甲基四胺和0.8mol/L尿素溶于去离子水中,得到澄清溶液B;将溶液B加入溶液A中,混合均匀得到反应体系,将混合液移入反应器皿中,在90℃烘箱中反应12h后,离心、洗涤,干燥后的固体在管式炉中焙烧,焙烧温度为300℃,保温半个小时后,得到成品[0031] 利用扫描电子
显微镜(SEM)观察产品的形貌,从图1中的照片可以看出,得到的原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构是由纳米带组装而成的微球,纳米带的长度约为10μm。利用CEL-SPH2N光催化评价系统评价所得原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构的光解水制氢性能,由图2模拟太阳光照射下的产氢曲线可以看出,原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构用于模拟太阳光下光解水制氢,明显优于比较例制备的纯ZnO,产氢效率可以高达325μmol·h-1·g-1,是纯ZnO的4倍。