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CN106732587B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了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。称取一定量二水合乙酸锌溶于去离子水中，得到澄清溶液A；称取一定量的六次甲基四胺和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，在混合溶液中加入一定体积的硝酸银溶液，混合均匀得到反应体系，将混合液移入反应器中，在60～100℃反应3～24小时后，离心、洗涤、干燥，干燥后的固体在管式炉中焙烧，得到成品。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；原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构用于模拟太阳光光解水制氢，产氢效率明显高于纯ZnO纳米结构。

Description

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
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
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。
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
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。
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：
(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；
(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
(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；
(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；
(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。
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。
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。
本发明，步骤(4)中，反应温度为70～100℃，反应时间范围为3～24h。
本发明，步骤(5)中，焙烧温度为200～300℃，焙烧时间0.5～2h。
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
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；
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
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。
实施例1
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。
实施例2
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。
实施例3
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。
实施例4
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。
实施例5
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。
比较例
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
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。

Claims (2)

1.一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，其特征在于，所述方法包括以下步骤：称取一定量二水合乙酸锌溶于去离子水中，得到澄清溶液A；称取一定量的六次甲基四胺和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，在混合溶液中加入一定体积的硝酸银溶液，混合均匀得到反应体系，将混合液移入反应器中，在60～100℃反应3～24h后，离心、洗涤，干燥后的固体在管式炉中焙烧，得到高产氢性能原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构成品,用于模拟太阳光光解水制氢，制氢效率比纯ZnO纳米结构大大提高。
2.根据权利要求1所述的方法，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，其特征在于：乙酸锌的摩尔浓度为0.01～0.5mol/L，乙酸锌和硝酸银的摩尔比为1000～100:1，六次甲基四胺的摩尔浓度为0.01～0.5mol/L，六次甲基四胺和尿素的摩尔比为1:1～1:50，焙烧温度为200～300℃。
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