用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片及制備方法。（1）將2.90—4.10克Fe(NO3)3加入200—300毫升蒸餾水中，再加入0.01—0.02克石墨烯，將混合溶液超聲10-15min；（2）將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50℃下反應(yīng)2—3h，將獲得的產(chǎn)物抽濾；（3）產(chǎn)物在空氣中500℃退火0.5—2h所得到用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。用所得到的材料光解水制氧具有較高的氧氣產(chǎn)率，在以氙燈為光源，以過硫酸鈉為電子犧牲劑的情況下，光解水制氧量可達(dá)0.08—0.13mmol?h-1g-1，尤其是退火時(shí)間為1h時(shí)，制氧量達(dá)到0.13mmol?h-1g-1以上，超過了商用氧化鐵顆粒的制氧量五倍以上。本發(fā)明方法操作簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米材料，具體地說是一用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。本發(fā)明還涉及一種用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體光催化研究的快速發(fā)展，氧化鐵作為光解水催化材料引人注目。由于其在地球上的豐度極高，擁有匹配可見光波段的帶隙(2.1-2.2eV)，而且價(jià)帶位置比O2/H2O的電位更正，是析氧性能良好的材料。盡管如此，到前為止，太陽光輻射下其光解水產(chǎn)氧速率仍然比較低。如何提高氧化鐵的光解水催化性能成為研究的熱點(diǎn)。研究表明，影響氧化鐵光解水性能的主要原因是納米結(jié)晶氧化鐵半導(dǎo)體的空穴傳輸能力較弱(擴(kuò)散距離為2 — 4nm)，導(dǎo)致電子一空穴對(duì)的再復(fù)合，從而降低了光激發(fā)效率，降低了光解水性能。因此，提高電子一空穴對(duì)的分離效率是提高氧化鐵光催化效率的有效方法之一，通過減小氧化鐵顆粒尺寸可以減少光生電子一空穴對(duì)的復(fù)合。
[0003]石墨烯具有較大的比表面積、優(yōu)良的電子傳導(dǎo)能力、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，有望成為光催化劑的一種有效載體。同時(shí)，石墨烯是一種有效電子受體材料，將具有光催化活性的金屬氧化物氧化鐵與石墨烯復(fù)合，在兩種材料的界面，氧化鐵導(dǎo)帶上的光激發(fā)電子有可能轉(zhuǎn)移到石墨烯的能帶上，有望大大降低電子一空穴對(duì)的復(fù)合，從而提高催化活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能降低電子一空穴對(duì)的復(fù)合，提高催化活性的用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。本發(fā)明的目的還在于提供一種操作簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)的用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片是:(I)將2.90—
4.10克Fe (NO3)3加入200— 300毫升蒸餾水中，再加入0.01—0.02克石墨烯，將混合溶液超聲10-15min ;(2)將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50°C下反應(yīng)2 — 3h，將獲得的產(chǎn)物抽濾；
(3)產(chǎn)物在空氣中500°C退火0.5—2h所得到的用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。
[0007]本發(fā)明的用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片是采用如下方法制備的:
[0008](1)2.90—4.10克Fe (NO3)3加入200—300毫升蒸餾水中，再向溶液中加入0.01—
0.02克石墨烯，并將獲得的混合溶液超聲10-15min ；
[0009](2)將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50°C下反應(yīng)2 — 3h，將獲得的產(chǎn)物抽濾；
[0010](3)產(chǎn)物在空氣中500°C退火0.5—2h得到用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。
[0011]用本發(fā)明的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片50mg與300mg過硫酸鈉分散在IOOml蒸餾水中，以氙燈為光源，利用氣象色譜柱進(jìn)行光解制氧量測(cè)量。
[0012]本發(fā)明提供了一種用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片及制法。利用石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片50mg與300mg過硫酸鈉分散在IOOml蒸懼水中，以氣燈為光源，氣象色譜柱測(cè)得制氧量能夠穩(wěn)定在0.13m mo I Pg—1以上，如圖4所示。石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片比商用氧化鐵的制氧量高出五倍。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片做光解水制氧材料，石墨烯是一種有效電子受體材料，氧化鐵與石墨烯復(fù)合，在兩種材料的界面，氧化鐵導(dǎo)帶上的光激發(fā)電子有可能轉(zhuǎn)移到石墨烯的能帶上，有望大大降低電子一空穴對(duì)的復(fù)合，從而提高催化活性。本發(fā)明方法操作簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片的掃描電鏡圖。
[0015]圖2為石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片的高分辨透射電鏡圖。
[0016]圖3為石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片的XRD圖譜。
[0017]圖4為以過硫酸鈉為電子犧牲劑的情況下石石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片光解水制氧量的測(cè)量曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0019]實(shí)施例1:
[0020](I)取一個(gè)500毫升容量的燒杯，加入300毫升蒸餾水，然后加入2.90—4.10克Fe (NO3)3，再向溶液中加入0.02克石墨烯，超聲約lOmin，使其溶解分散。
[0021](2)超聲后將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50°C下反應(yīng)2h，將獲得的產(chǎn)物抽濾。
[0022](3)產(chǎn)物空氣中500°C退火0.5h，得到石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。
[0023]實(shí)施例2:
[0024](I)取一個(gè)500毫升容量的燒杯，加入300毫升蒸餾水，然后加入2.90—4.10克Fe (NO3)3，再向溶液中加入0.01克石墨烯，超聲約lOmin，使其溶解分散。
[0025](2)超聲后將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50°C下反應(yīng)2h，將獲得的產(chǎn)物抽濾。
[0026](3)產(chǎn)物空氣中500°C退火0.5h，得到石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。
[0027]實(shí)施例3:
[0028](I)取一個(gè)500毫升容量的燒杯，加入300毫升蒸餾水，然后加入2.90—4.10克Fe (NO3) 3，再向溶液中加入0.015克石墨烯，超聲約lOmin，使其溶解分散。
[0029](2)超聲后將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50°C下反應(yīng)2h，將獲得的產(chǎn)物抽濾。
[0030](3)產(chǎn)物空氣中500°C退火0.5h，得到石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。
【權(quán)利要求】
1.一種用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片，其特征是:是(I)將2.90—4.10克Fe (NO3) 3加入200— 300毫升蒸餾水中，再加入0.01—0.02克石墨烯，將混合溶液超聲10-15min ；(2)將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50°C下反應(yīng)2 — 3h，將獲得的產(chǎn)物抽濾；(3)產(chǎn)物在空氣中500°C退火0.5—2h所得到的用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。
2.一種用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片的制備方法，其特征是: (I >2.90—4.10克Fe (NO3) 3加入200—300毫升蒸餾水中，再向溶液中加入0.01—0.02克石墨烯，并將獲得的混合溶液超聲10-15min ； (2)將所得溶液放入恒溫水浴鍋中，50°C下反應(yīng)2— 3h，將獲得的產(chǎn)物抽濾； (3)產(chǎn)物在空氣中500°C退火0.5—2h得到用作光解水制氧的石墨烯修飾的多孔氧化鐵納米片。
【文檔編號(hào)】B01J23/745GK103894199SQ201410136139
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】陳玉金, 張桓銘, 朱春玲 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)