公开/公告号CN112517027A
专利类型发明专利
公开/公告日2021-03-19
原文格式PDF
申请/专利权人 桐乡市慧玥智能科技有限公司;
申请/专利号CN202011591363.9
发明设计人 李鹏;
申请日2020-12-29
分类号B01J27/04(20060101);C01B3/04(20060101);
代理机构33395 嘉兴倍创专利代理事务所(普通合伙);
代理人周闯
地址 314500 浙江省嘉兴市桐乡市崇福镇杭福路299号5幢4楼1009室
入库时间 2023-06-19 10:21:15
技术领域
本发明涉及光催化析氢技术领域,具体为一种Co掺杂笼状纳米ZnO-CdS异质结光催化产氢材料及制法。
背景技术
随着全球能源需求的日益增长,对于新能源的研究也越来越受到重视,氢能,作为一种清洁、高效的新能源,普遍被认为是最理想的无污染绿色能源,因此,自1972年首次报告发现TiO
ZnO作为一种主流的光催化剂,但由于其具有非常宽的带隙,主要吸收太阳光中的紫外光,而紫外光只占到太阳光谱的4%,太阳能利用率较低,并且由于光催化剂受光激发后产生的电子与空穴会发生复合,降低了量子效率,使ZnO在光催化产氢应用中受到了严重的限制,阻碍了作ZnO为光催化产氢产氢发展,而CdS由于晶格与ZnO相似,是最理想的ZnO敏化剂,因此,将ZnO与CdS复合则可以很好的提高ZnO的光催化活性和光催化产氢性能。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种Co掺杂笼状纳米ZnO-CdS异质结光催化产氢材料及制法,解决了单一的ZnO材料光催化产氢性能不高的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种Co掺杂笼状纳米ZnO-CdS异质结光催化产氢材料制备方法包括以下步骤:
(1)将乙酸锌、乙酸钴、葡萄糖与乌洛托品加入到去离子水中,超声分散后,加入氨水调节pH至8-9,转移至聚四氟乙烯内胆中,于水热反应釜内,进行水热反应,离心洗涤,加热干燥后,得到Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球;
(2)将Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球置于管式炉中,以5-10℃/min升温速率,至550-650℃,保温2-4h,自然冷却,得到Co掺杂笼状纳米ZnO;
(3)将CdCl
优选的,所述步骤(1)中水热反应釜包括底座,底座固定连接有水箱,水箱设置有出水口,水箱固定连接有加热元件,底座与液压升降架固定连接,液压升降架固定连接有导热夹套,导热夹套与釜体活动连接,釜体固定连接有出料口,釜体通过法兰盘活动连接有釜盖,釜盖固定连接有压力表,釜盖固定连接有进料口,釜盖与电机固定连接,电机通过搅拌杆与搅拌叶轮固定连接,釜盖固定连接有出气口,釜盖固定连接有测温装置。
优选的,所述步骤(1)中醋酸锌、醋酸钴、葡萄糖与乌洛托品的质量比为100:2-5:200-400:250-320。
优选的,所述步骤(1)中水热反应温度为160-180℃,水热反应时间为10-15h。
优选的,所述步骤(2)中Co掺杂笼状纳米ZnO、CdCl
优选的,所述步骤(2)中水热反应温度为180-200℃,水热反应时间为8-15h。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比,本发明具备以下实验原理和有益技术效果:
该一种Co掺杂笼状纳米ZnO-CdS异质结光催化产氢材料,以葡萄糖水热生成的碳纳米微球作为模版,再进行高温煅烧除去碳骨架,得到笼状多层且具有多孔结构的Co掺杂笼状纳米ZnO,其特殊形貌,使其具有超高的比表面积,提供了更多的光化学活性位点,同时Co掺杂带入了杂质能级与能级缺陷,降低了ZnO的禁带宽度,增强了ZnO对可见光区域的吸收范围,进一步提高了ZnO对光的利用率。
该一种Co掺杂笼状纳米ZnO-CdS异质结光催化产氢材料,以Co掺杂笼状纳米ZnO作为载体,以L-丙氨酸作为模板导向剂,生成的树枝状CdS均匀生长在Co掺杂笼状纳米ZnO的基体中,得到Co掺杂笼状纳米ZnO-CdS异质结光催化产氢材料,两者的晶格相匹配,形成type-II异质结结构,通过构建出内建电场,克服电子-空穴对之间的库仑力作用,同时能量势垒的存在,促进光了生电子传输分离,抑制了载流子重组复合,同时也提高了材料对可见光区域的响应,提高了光催化反应活性,从而表现出优异的光催化产氢性能。
附图说明
图1是水热反应釜截面示意图;
图2是电机示意图。
1-底座;2-水箱;3-出水口;4-出水口;5-加热元件;6-液压升降架;7-导热夹套;8-反应釜体;9-法兰盘;10-反应釜盖;11-压力表;12-进料口;13-电机;14-搅拌杆;15-搅拌叶轮;16-出气口;17-测温装置。
具体实施方式
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:所述一种Co掺杂笼状纳米ZnO-CdS异质结光催化产氢材料制备方法如下:
(1)将乙酸锌、乙酸钴、葡萄糖与乌洛托品加入到去离子水中,四者的质量比为100:2-5:200-400:250-320,超声分散后,加入氨水调节pH至8-9,转移至聚四氟乙烯内胆中,于水热反应釜内,水热反应釜包括底座,底座固定连接有水箱,水箱设置有出水口,水箱固定连接有加热元件,底座与液压升降架固定连接,液压升降架固定连接有导热夹套,导热夹套与釜体活动连接,釜体固定连接有出料口,釜体通过法兰盘活动连接有釜盖,釜盖固定连接有压力表,釜盖固定连接有进料口,釜盖与电机固定连接,电机通过搅拌杆与搅拌叶轮固定连接,釜盖固定连接有出气口,釜盖固定连接有测温装置,于160-180℃下,水热反应10-15h,离心洗涤,加热干燥后,得到Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球;
(2)将Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球置于管式炉中,以5-10℃/min升温速率,至550-650℃,保温2-4h,自然冷却,得到Co掺杂笼状纳米ZnO;
(3)将CdCl
实施例1
(1)将乙酸锌、乙酸钴、葡萄糖与乌洛托品加入到去离子水中,四者的质量比为100:2:200:250,超声分散后,加入氨水调节pH至8,转移至聚四氟乙烯内胆中,于水热反应釜内,水热反应釜包括底座,底座固定连接有水箱,水箱设置有出水口,水箱固定连接有加热元件,底座与液压升降架固定连接,液压升降架固定连接有导热夹套,导热夹套与釜体活动连接,釜体固定连接有出料口,釜体通过法兰盘活动连接有釜盖,釜盖固定连接有压力表,釜盖固定连接有进料口,釜盖与电机固定连接,电机通过搅拌杆与搅拌叶轮固定连接,釜盖固定连接有出气口,釜盖固定连接有测温装置,于160℃下,水热反应10h,离心洗涤,加热干燥后,得到Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球;
(2)将Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球置于管式炉中,以5℃/min升温速率,至550℃,保温2h,自然冷却,得到Co掺杂笼状纳米ZnO;
(3)将CdCl
实施例2
(1)将乙酸锌、乙酸钴、葡萄糖与乌洛托品加入到去离子水中,四者的质量比为100:3:250:280,超声分散后,加入氨水调节pH至9,转移至聚四氟乙烯内胆中,于水热反应釜内,水热反应釜包括底座,底座固定连接有水箱,水箱设置有出水口,水箱固定连接有加热元件,底座与液压升降架固定连接,液压升降架固定连接有导热夹套,导热夹套与釜体活动连接,釜体固定连接有出料口,釜体通过法兰盘活动连接有釜盖,釜盖固定连接有压力表,釜盖固定连接有进料口,釜盖与电机固定连接,电机通过搅拌杆与搅拌叶轮固定连接,釜盖固定连接有出气口,釜盖固定连接有测温装置,于165℃下,水热反应12h,离心洗涤,加热干燥后,得到Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球;
(2)将Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球置于管式炉中,以7℃/min升温速率,至600℃,保温3h,自然冷却,得到Co掺杂笼状纳米ZnO;
(3)将CdCl
实施例3
(1)将乙酸锌、乙酸钴、葡萄糖与乌洛托品加入到去离子水中,四者的质量比为100:4:350:300,超声分散后,加入氨水调节pH至9,转移至聚四氟乙烯内胆中,于水热反应釜内,水热反应釜包括底座,底座固定连接有水箱,水箱设置有出水口,水箱固定连接有加热元件,底座与液压升降架固定连接,液压升降架固定连接有导热夹套,导热夹套与釜体活动连接,釜体固定连接有出料口,釜体通过法兰盘活动连接有釜盖,釜盖固定连接有压力表,釜盖固定连接有进料口,釜盖与电机固定连接,电机通过搅拌杆与搅拌叶轮固定连接,釜盖固定连接有出气口,釜盖固定连接有测温装置,于170℃下,水热反应13h,离心洗涤,加热干燥后,得到Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球;
(2)将Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球置于管式炉中,以7℃/min升温速率,至620℃,保温3h,自然冷却,得到Co掺杂笼状纳米ZnO;
(3)将CdCl
实施例4
(1)将乙酸锌、乙酸钴、葡萄糖与乌洛托品加入到去离子水中,四者的质量比为100:5:400:320,超声分散后,加入氨水调节pH至9,转移至聚四氟乙烯内胆中,于水热反应釜内,水热反应釜包括底座,底座固定连接有水箱,水箱设置有出水口,水箱固定连接有加热元件,底座与液压升降架固定连接,液压升降架固定连接有导热夹套,导热夹套与釜体活动连接,釜体固定连接有出料口,釜体通过法兰盘活动连接有釜盖,釜盖固定连接有压力表,釜盖固定连接有进料口,釜盖与电机固定连接,电机通过搅拌杆与搅拌叶轮固定连接,釜盖固定连接有出气口,釜盖固定连接有测温装置,于180℃下,水热反应15h,离心洗涤,加热干燥后,得到Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球;
(2)将Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球置于管式炉中,以10℃/min升温速率,至650℃,保温4h,自然冷却,得到Co掺杂笼状纳米ZnO;
(3)将CdCl
对比例1
(1)将乙酸锌、乙酸钴、葡萄糖与乌洛托品加入到去离子水中,四者的质量比为100:1:100:80,超声分散后,加入氨水调节pH至9,转移至聚四氟乙烯内胆中,于水热反应釜内,水热反应釜包括底座,底座固定连接有水箱,水箱设置有出水口,水箱固定连接有加热元件,底座与液压升降架固定连接,液压升降架固定连接有导热夹套,导热夹套与釜体活动连接,釜体固定连接有出料口,釜体通过法兰盘活动连接有釜盖,釜盖固定连接有压力表,釜盖固定连接有进料口,釜盖与电机固定连接,电机通过搅拌杆与搅拌叶轮固定连接,釜盖固定连接有出气口,釜盖固定连接有测温装置,于160℃下,水热反应10h,离心洗涤,加热干燥后,得到Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球;
(2)将Co掺杂纳米ZnO包覆碳微球置于管式炉中,以5℃/min升温速率,至550℃,保温2h,自然冷却,得到Co掺杂笼状纳米ZnO;
(3)将CdCl
将实施例与对比例光催化材料50mg分散于100ml的0.25mol/LNa
机译: 使用微波等离子体器件掺杂有异质元件的金属氧化物纳米结构的方法,金属氧化物纳米结构掺杂使用相同的异质元件,并且光催化剂包括掺杂有异质元件的金属氧化物纳米结构
机译: 使用微波等离子体器件掺杂有非均相元件的金属氧化物纳米结构的方法使用相同和光催化剂制造的金属氧化物纳米结构,所述金属氧化物纳米结构包括使用相同和光催化剂制成的包括金属氧化物纳米结构掺杂有异质元件
机译: -一种制造异质掺杂碳纳米粒子的方法,一种由相同和碳纳米纤维复合材料制造的异质掺杂碳纳米粒子