本發(fā)明屬于光催化材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高產(chǎn)氫性能原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體光催化技術(shù)是以太陽能的化學(xué)轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)為核心，通過將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的光解水制氫技術(shù)，有望徹底解決化石能源枯竭和溫室效應(yīng)帶來的問題。由于這種光化學(xué)方法可以直接用來分解水產(chǎn)生氫氣，在緩解能源危機(jī)等問題方面受到人們的高度重視。目前，光催化技術(shù)已逐漸發(fā)展成為新興起來的一門化學(xué)前沿學(xué)科，但是，該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵及核心問題仍在于研究對可見光響應(yīng)有效、高效并且廉價(jià)的光催化劑。

氧化鋅(ZnO)是一種寬禁帶(3.2eV)直接帶隙半導(dǎo)體，但是ZnO量子效率低和激發(fā)波長短的限制，無法廣泛應(yīng)用，為了克服這些，對ZnO進(jìn)行改性。貴金屬(Au,Pt,Ag)/ZnO納米結(jié)構(gòu)因其優(yōu)異的光催化活性而得到研究者的廣泛研究。在這些貴金屬中，Ag納米粒子由于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性以及高的電子傳導(dǎo)率，在捕獲光生電子過程中起到重要作用。Ag負(fù)載在金屬氧化物的表面，可以有效的增強(qiáng)金屬與半導(dǎo)體界面間的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。雖然，目前有較多的合成策略制備Ag/ZnO復(fù)合材料，但是負(fù)載原子態(tài)Ag的ZnO納米結(jié)構(gòu)沒有報(bào)道，本發(fā)明采用液相反應(yīng)和低溫煅燒法將高分散的原子態(tài)Ag引入到ZnO多晶納米帶的晶界中，得到原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)。將此納米帶組裝結(jié)構(gòu)用于模擬太陽光光解水制氫，光穩(wěn)定性高，制氫效率比純ZnO納米結(jié)構(gòu)大大提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種將原子態(tài)Ag引入到ZnO多晶納米帶晶界中，制備納米帶組裝結(jié)構(gòu)，工藝簡單、條件溫和，大大降低了貴金屬Ag的負(fù)載量，成本低，可工業(yè)化生產(chǎn)，且對環(huán)境無污染。得到的原子態(tài)Ag修飾的ZnO納米帶組裝結(jié)構(gòu)具有高產(chǎn)氫性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種高產(chǎn)氫性能Ag/ZnO納米帶組裝結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將0.01～0.5mol/L的二水合乙酸鋅溶于去離子水，得到澄清溶液A；

(2)按比例將0.01～0.5mol/L的六次甲基四胺和尿素溶于去離子水，并轉(zhuǎn)入步驟(3)得到的澄清溶液A內(nèi)，得到澄清溶液B

(3)將一定體積的硝酸銀溶液加入步驟(2)得到的澄清溶液B中，攪拌均勻；

(4)將步驟(3)中配好的溶液移入反應(yīng)器中，密封后放于6～100℃反應(yīng)3～24h后冷卻；

(5)步驟(4)結(jié)束后，將得到的產(chǎn)物離心，并將離心得到的產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次，干燥，干燥后的固體管式爐中焙燒得到高產(chǎn)氫性能Ag/ZnO納米帶組裝結(jié)構(gòu)成品。

本發(fā)明，步驟(2)中，六次甲基四胺和尿素的摩爾比為1:1～1:50。

本發(fā)明，步驟(3)中，一定體積的硝酸銀溶液是按照二水合乙酸鋅和硝酸銀的摩爾比為1000:1～100:1換算得到的。

本發(fā)明，步驟(4)中，反應(yīng)溫度為70～100℃，反應(yīng)時(shí)間范圍為3～24h。

本發(fā)明，步驟(5)中，焙燒溫度為200～300℃，焙燒時(shí)間0.5～2h。

本發(fā)明所述制備方法操作簡單，制備成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，所得原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)，形貌規(guī)整，尺寸可調(diào)，具有較好的晶型；此外，通過原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)可以拓寬ZnO納米材料在可見光區(qū)吸收范圍，提高光催化活性；原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)用于模擬太陽光下光解水制氫，產(chǎn)氫效率高達(dá)325μmol·h^-1·g^-1，是純ZnO的4倍。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1(AZ-1)制得原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)的SEM照片；

圖2是實(shí)施例1-3制備的原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)以及比較例制備的純ZnO光催化劑在模擬太陽光照射下的產(chǎn)氫曲線。

具體實(shí)施方式

以下通過優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。

實(shí)施例1

稱取0.06mol/L二水合乙酸鋅溶于去離子水中，得到澄清溶液A；稱取0.036mol/L六次甲基四胺和0.8mol/L尿素溶于去離子水中，得到澄清溶液B；將溶液B加入溶液A中，在混合溶液中加入5mL的硝酸銀溶液，混合均勻得到反應(yīng)體系，將混合液移入反應(yīng)器皿中，在90℃烘箱中反應(yīng)12h后，離心、洗滌，干燥后的固體在管式爐中焙燒，焙燒溫度為300℃，保溫半個(gè)小時(shí)后，得到成品。

實(shí)施例2

稱取0.06mol/L二水合乙酸鋅溶于去離子水中，得到澄清溶液A；稱取0.036mol/L六次甲基四胺和0.3mol/L尿素溶于去離子水中，得到澄清溶液B；將溶液B加入溶液A中，在混合溶液中加入5mL的硝酸銀溶液，混合均勻得到反應(yīng)體系，將混合液移入反應(yīng)器皿中，在90℃烘箱中反應(yīng)12h后，離心、洗滌，干燥后的固體在管式爐中焙燒，焙燒溫度300℃，保溫半個(gè)小時(shí)后，得到成品。

實(shí)施例3

稱取0.06mol/L二水合乙酸鋅溶于去離子水中，得到澄清溶液A；稱取0.036mol/L六次甲基四胺和1.6mol/L尿素溶于去離子水中，得到澄清溶液B；將溶液B加入溶液A中，在混合溶液中加入5mL的硝酸銀溶液，混合均勻得到反應(yīng)體系，將混合液移入反應(yīng)器皿中，在90℃烘箱中反應(yīng)12h后，離心、洗滌，干燥后的固體在管式爐中焙燒，焙燒溫度為300℃，保溫半個(gè)小時(shí)后，得到成品。

實(shí)施例4

稱取0.12mol/L二水合乙酸鋅溶于去離子水中，得到澄清溶液A；稱取0.072mol/L六次甲基四胺和1.6mol/L尿素溶于去離子水中，得到澄清溶液B；將溶液B加入溶液A中，在混合溶液中加入5mL的硝酸銀溶液，混合均勻得到反應(yīng)體系，將混合液移入反應(yīng)器皿中，在90℃烘箱中反應(yīng)6h后，離心、洗滌，干燥后的固體在管式爐中焙燒，焙燒溫度為300℃，保溫半個(gè)小時(shí)后，得到成品。

實(shí)施例5

稱取0.12mol/L二水合乙酸鋅溶于去離子水中，得到澄清溶液A；稱取0.072mol/L六次甲基四胺和0.8mol/L尿素溶于去離子水中，得到澄清溶液B；將溶液B加入溶液A中，在混合溶液中加入5mL的硝酸銀溶液，混合均勻得到反應(yīng)體系，將混合液移入反應(yīng)器皿中，在80℃烘箱中反應(yīng)12h后，離心、洗滌，干燥后的固體在管式爐中焙燒，焙燒溫度為300℃，保溫半個(gè)小時(shí)后，得到成品。

比較例

稱取0.06mol/L二水合乙酸鋅溶于去離子水中，得到澄清溶液A；稱取0.036mol/L六次甲基四胺和0.8mol/L尿素溶于去離子水中，得到澄清溶液B；將溶液B加入溶液A中，混合均勻得到反應(yīng)體系，將混合液移入反應(yīng)器皿中，在90℃烘箱中反應(yīng)12h后，離心、洗滌，干燥后的固體在管式爐中焙燒，焙燒溫度為300℃，保溫半個(gè)小時(shí)后，得到成品

利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)品的形貌，從圖1中的照片可以看出，得到的原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)是由納米帶組裝而成的微球，納米帶的長度約為10μm。利用CEL-SPH2N光催化評價(jià)系統(tǒng)評價(jià)所得原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)的光解水制氫性能，由圖2模擬太陽光照射下的產(chǎn)氫曲線可以看出，原子態(tài)Ag修飾的ZnO多晶納米帶組裝結(jié)構(gòu)用于模擬太陽光下光解水制氫，明顯優(yōu)于比較例制備的純ZnO，產(chǎn)氫效率可以高達(dá)325μmol·h^-1·g^-1，是純ZnO的4倍。