本发明专利技术属于半导体材料制备及光催化制氢技术领域，特别涉及一种类石墨烯状无定形硅单质纳米片及其制备方法和用途。本发明专利技术以氧化石墨烯为模板，硅酸正乙酯，氨水、蒸馏水与乙醇的混合溶液为溶剂，利用溶胶-凝胶法、煅烧除模板，制得新型类石墨烯状硅单质纳米片材料。该硅单质纳米片材料在Z-Scheme体系中具有全分解水的能力，在光催化制氢方面具有重大的理论及应用意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料制备及光催化制氢
，特别涉及一种类石墨烯状无定形娃单质纳米片的制备方法及其全分解水性能。
技术介绍
在能源危机和环境问题的双重压力下，氢能因其燃烧值高、无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源；利用太阳能光催化裂解水制氢可以有效避免工业上采用的裂解化石能源制氢和电解水制氢方式耗能高、污染大的缺点，被认为是最为理想和最有前途的氢能开发途径；光催化氧化是光化学反应的一个前沿领域，其研宄涉及到多个学科，特别是光催化材料的开发和研制，则是光催化技术实现各种化学反应的关键之一，因此具有相当的难度，自1972年Fujishima和Honda发现二氧化钛(T12)单晶电极具有光分解水的功能以后，半导体多相光催化反应就引起了人们浓厚的兴趣。硅是一种窄带隙半导体材料，以其良好的热电力学性能，很强的抗腐蚀能力，得到了研宄者的积极关注，而且，Si的原料丰富，地层蕴藏量大、价格低廉，又使得他成为一种潜在的新型结构材料，硅的应用领域广泛，包括电子、制冷加热，半导体制造、激光、计算机领域以及军事、航空航天、汽车制造和室友化工等领域；因此，关于硅的纳米化及其制备方法，特别是二维形貌的材料，具有很大的意义。在大量的文献报道中都提及半导体材料的形貌会对光催化性能产生很大的影响，尤其是片层结构会使得半导体材料的制氢性能得到巨大的改善；然而，目前合成硅单质纳米片状结构的报道还比较匮乏；因此，合成一种片状结构的硅单质仍然受限于合成的方法和物质的本性，所以，到目前为止还没有类石墨烯状硅单质纳米片在光催化制氢方面的报道；这也使得设计新型类石墨烯状硅单质纳米片在理论研宄及实际应用仍然是一个巨大的挑战。作为一种窄带隙的半导体材料，硅单质的禁带宽度只有1.leV，所以其自身不能完成在光照条件下全分解水的任务，这也是把硅单质半导体应用到光催化制氢领域面临的一大挑战，本专利技术克服巨大的困难，首次实现硅单质在Z-Scheme体系中全分解水的能力，在光催化制氢方面具有重大的理论及应用意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种类石墨稀状无定形娃单质纳米片简便的制备方法，该方法以氧化石墨烯为模板，硅酸正乙酯，氨水、蒸馏水与乙醇的混合溶液为溶剂，利用溶胶-凝胶法、煅烧除模板，制得新型类石墨烯状硅单质纳米片材料。本专利技术提供一种新型类石墨烯状硅单质纳米片的制备方法，其特征包括以下步骤:(I)氧化石墨烯的制备:本实验石墨烯的制备方法是一种改性的Hmnmers方法，具体操作为，一定量的混合石墨、K2S208、P205混匀后加入浓硫酸a，恒温加热一定时间后，水洗、过滤干燥后得到预氧化石墨b ;干燥后的预氧化石墨b与浓硫酸c混合以实现深度氧化，期间加入适量KMnO4,恒温处理后加入水与双氧水，最后用稀盐酸处理去除金属离子，超声离心后得到氧化石墨烯。(2)Si02前驱体与氧化石墨烯的复合:不同量的硅酸正乙酯分散在乙醇、水和氨水的混合液中，得到溶液A，把氧化石墨烯分散在水中，得到溶液B，在搅拌状态下，将溶液B加入到溶液A中，得到溶液C ;溶液C在室温下搅拌一定的时间，离心、醇洗后得到S12前驱体与氧化石墨烯的复合物D ;在通空气的条件下煅烧复合物D得到Si02m米片。(3)类石墨烯状无定形硅单质纳米片的制备:按重量比取Mg粉(200目)与Si02m米片混合均匀，放入瓷坩祸中E ;在管式炉中，用H2/Ar混合气作为保护气，一定温度下煅烧一定时间得到类石墨稀状娃单质纳米片F，酸洗去除未反应的Mg和S12得到纯相类石墨稀状无定形娃单质纳米片G。步骤(I)中，所述的混合石墨、K2S208、P205重量比为1:2:2。步骤(I)中，所述浓硫酸a的体积与混合石墨质量的比例为6:l(ml:g)。步骤(I)中，所述恒温加热的加热时间为2小时，加热温度80°C。步骤(I)中，所述浓硫酸c的用量为浓硫酸a体积的10倍。步骤(I)中，所述的1^1104与混合石墨的质量比为6:1~10:1，双氧水与浓硫酸a的体积比为10:3，水的加入量为双氧水体积的10倍。步骤(I)中，所述稀盐酸是用市售浓盐酸(质量分数36[38%)与水按照体积比1:10配制而成。步骤(2)中，所述溶液A中，硅酸正乙酯与乙醇、水、氨水的体积比为1:40:4:1到10:40:4:1。步骤(2)中，所述溶液B中，每20-100ml蒸馏水中加入0.5-lg氧化石墨烯，氧化石墨烯与硅酸正乙酯的质量与体积比1:1~1:10 (g:ml)。步骤(2)中，所述溶液C在室温下搅拌的时间为6~10h。步骤(2)中，所述的通空气的条件下煅烧温度为600°C，煅烧时间为4h。步骤(3)中，所述E中取Mg粉(200目)与Si02m米片的重量比1:2-1:6。步骤(3)中，所述F中的煅烧温度为650 V，升温速率为3_5 V /min,煅烧时间为2-4h，其中混合气为H2 (10%)和Ar (90%)的气体。步骤(3)中，所述酸洗指采用稀盐酸进行酸洗，稀盐酸是用市售浓盐酸(质量分数36%~38%)与水按照体积比为1:10-1:20配制而成。本专利技术光催化制氢实验使用的是Lab-仏光催化制氢系统，操作步骤具体如下:本专利技术用300W氙灯作为光源，光源和反应系统的距离为20 cm。在本专利技术的光催化实验中，50mg制备的类石墨稀状无定形娃单质纳米片和50mgBiVO4 (BiVO4的制备方法参照文献 Guan, M.L.; Ma, D.K.; Hu, S.ff.; Chen, Y.J.;Huang, S.M.1norganic chemistry 2011, 50, 800)光催化剂的分散在 200ml 的 2mmoI的FeCl3水溶液中，不断搅拌，在光催化剂的表面通过光化学还原沉积法镀铂，镀铂的量为催化剂质量分数的0.5%，氯铂酸水溶液作为铂源，在照射前，将体系抽真空以除去溶解的氧，在整个反应过程中，进行剧烈搅拌，以确保光催化剂悬浮液的均匀照射；所产生的氢气被收集含量用气相色谱仪(GC-SP7800，北京金科瑞达，中国，T⑶，氮气作为载气和5埃分子筛柱)分析。【附图说明】图1为本专利技术所制备的类石墨稀状无定形娃单质纳米片的Raman图。图2为本专利技术所制备材料的TEM形貌图:a.氧化石墨烯，b.包覆3102后的透射电镜图，c.去除氧化石墨烯后5102的透射电镜图，d.类石墨烯状无定形硅单质纳米片的透射电镜图。图3为本专利技术所制备的类石墨烯状无定形硅单质纳米片的紫外吸收光谱图。图4为本专利技术所制备的类石墨稀状无定形娃单质纳米片在Z-Scheme体系中全分解水气体产量曲线。图5为本专利技术对比例中所制备的类石墨烯状结晶硅单质纳米片的XRD谱图。由图1的Raman图可以得出本专利技术成功合成的类石墨稀状无定形娃单质纳米片，可以看出Si的拉曼谱图在波数为510处有特征峰出现，而作为对比的S1Jlj没有特征峰；而且，在Si的拉曼谱图中波数为350-450处氧化无峰出现，进一步证明还原彻底，得到的产物为类石墨稀状无定形娃单质纳米片。图2中的a图为本专利技术所合成模板氧化石墨烯的透射电镜图，可以发现氧化石墨稀的薄纱状的形貌特点，同时可以确定所用Hrnnmer改性方法的成功；b图为包覆二氧化娃后的透射电镜图，从图中可以看出物质的边缘部分仍为氧化石墨烯的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种类石墨烯状无定形硅纳米片，其特征在于所述类石墨烯状无定形硅纳米片采用如下方法制备：按重量比取Mg粉与SiO2纳米片混合均匀，放入瓷坩埚中E；在管式炉中，用H2/Ar混合气作为保护气，一定温度下煅烧一定时间得到类石墨烯状硅单质纳米片F，酸洗去除未反应的Mg和SiO2得到纯相类石墨烯状无定形硅单质纳米片G；所述Mg粉与SiO2纳米片的重量比为1:2‑1:6；所述SiO2纳米片采用如下方法制备：将硅酸正乙酯分散在乙醇、水和氨水的混合液中，得到溶液A，把氧化石墨烯分散在水中，得到溶液B，在搅拌状态下，将溶液B加入到溶液A中，得到溶液C；溶液C在室温下搅拌一定的时间，离心、醇洗后得到SiO2前驱体与氧化石墨烯的复合物D；在通空气的条件下煅烧复合物D得到SiO2纳米片。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：施伟东，蔡凡朋，唐玉斌，闫研，胡泊，王超，孟亚东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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