[發(fā)明專利]一種用于光電催化產(chǎn)氫ZnO?CuO?FeOOH復(fù)合薄膜的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710635710.5
• 申請(qǐng)日: 2017-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN107638881A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志鋒;魯雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津城建大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/80
• 分類號(hào): B01J23/80;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于光電催化產(chǎn)氫ZnO-CuO-FeOOH復(fù)合薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，氫能因其清潔環(huán)保、易儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)，作為下一代能源被發(fā)展，旨在解決迫在眉睫的能源問題和環(huán)境問題。值得注意的是，光電催化分解水產(chǎn)生氫氣是產(chǎn)氫的優(yōu)選途徑。太陽能取之不盡用之不竭，已經(jīng)成為廣泛研究加以利用的能源對(duì)象。半導(dǎo)體催化材料吸收太陽光子能量，發(fā)生光生電子躍遷，到達(dá)半導(dǎo)體材料表面與水接觸，開始分解水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。氫氣作為能源被使用后產(chǎn)物是唯一的水，這一過程實(shí)現(xiàn)無污染物的太陽能與水的利用。因此利用半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫成為研究熱點(diǎn)。

半導(dǎo)體材料必須同時(shí)滿足三個(gè)關(guān)鍵因素才能實(shí)現(xiàn)有效的光電催化產(chǎn)氫：(1)廣泛的光響應(yīng)和吸收范圍，充分利用太陽能；(2)有效的光生電子-空穴對(duì)的分離和運(yùn)輸；(3)高的半導(dǎo)體材料耐用性。自1972年半導(dǎo)體材料TiO₂被用作光電催化產(chǎn)氫材料研究開始，ZnO由于與TiO₂性質(zhì)特點(diǎn)相似，被用作TiO₂的替代物而廣泛研究。ZnO的禁帶寬度約為3.2eV，其對(duì)太陽光的吸收利用僅限于紫外光，電子躍遷所需能量較大，光生電子-空穴對(duì)易復(fù)合。因此有必要對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的改性來提升其光電催化產(chǎn)氫性能。CuO禁帶寬度約為1.7eV，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的可見光吸收，因此可以用它來改性ZnO對(duì)太陽光的吸收利用性能。FeOOH因其水鐵礦的空穴捕獲和儲(chǔ)存能力可以促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離和運(yùn)輸。因此可以用它來改性ZnO光生電子-空穴對(duì)易復(fù)合性能。

目前對(duì)于ZnO改性研究主要以構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)為主，針對(duì)ZnO不同性能功能層改性研究較少，有關(guān)ZnO-CuO-FeOOH三元功能層體系的光電催化產(chǎn)氫報(bào)道則相對(duì)較少。因此目前關(guān)于ZnO-CuO-FeOOH三元功能層體系的光電催化產(chǎn)氫是一個(gè)值得探討且具有很大潛力的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容

為了針對(duì)改進(jìn)ZnO的性能，進(jìn)一步加強(qiáng)ZnO光電催化產(chǎn)氫的可利用性，本發(fā)明提出了用于光電催化產(chǎn)氫的三元功能層ZnO-CuO-FeOOH薄膜的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種用于光電催化產(chǎn)氫ZnO-CuO-FeOOH復(fù)合薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：制備ZnO薄膜

(1)配制ZnO溶膠；

(2)采用浸漬提拉法制備ZnO種子層；

(3)采用水熱法生長(zhǎng)ZnO納米棒薄膜；

步驟二：制備ZnO-CuO薄膜

(1)采用電沉積法在ZnO薄膜上制備CuO薄膜；

(2)將(1)中的CuO薄膜經(jīng)過熱氧化制得ZnO-CuO薄膜；

步驟三：制備ZnO-CuO-FeOOH薄膜

(1)采用電沉積法在ZnO-CuO薄膜上制備FeOOH薄膜；

(2)將(1)中制備的FeOOH薄膜經(jīng)過熱氧化制得ZnO-CuO-FeOOH薄膜。

進(jìn)一步的，所述步驟一中的(1)的工藝參數(shù)為：

①配置0.3-0.5mol·L^-1的ZnO溶膠：將3-11g醋酸鋅加入到50-100mL乙二醇甲醚中，45-55℃磁力攪拌20-30min，然后滴加2-6mL液體單質(zhì)單乙醇胺，繼續(xù)攪拌1.5-2h后得到淺黃色透明溶液，即為ZnO溶膠；

②將①中所述的ZnO溶膠靜置6-8天，得到淺黃色透明ZnO凝膠。

進(jìn)一步的，所述步驟一中的(2)的工藝參數(shù)為：

將所述步驟一的(1)中制得的ZnO溶膠采用浸漬提拉法制備ZnO種子層，然后以2℃/min升溫至200℃保溫30min，然后繼續(xù)升溫至450℃保溫1-2h得到ZnO種子層。

進(jìn)一步的，所述步驟一中的(3)的工藝參數(shù)為：將所述步驟一中(2)制備的ZnO種子層采用水熱法在生長(zhǎng)溶液中，90-100℃條件下反應(yīng)3-4h，80-90℃烘干得到ZnO納米棒薄膜。

進(jìn)一步的，所述生長(zhǎng)溶液是硝酸鋅和六次甲基四胺的混合液，所述混合液的濃度為0.04-0.05mol·L^-1，所述硝酸鋅和所述六次甲基四胺的摩爾比為1：1。