用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO‑g‑C3N4薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO‑g‑C3N4薄膜的制备方法，包括如下步骤：首先配置ZnO溶胶采用浸渍提拉法制备ZnO种子层，通过热缩聚合法制备g‑C3N4粉末，采用超声法将g‑C3N4粉末加入到ZnO生长溶液中，最后经过水热法在ITO导电玻璃上生长六方纳米片状ZnO‑g‑C3N4薄膜。本发明专利技术所获得的六方纳米片状ZnO‑g‑C3N4薄膜，经光电流测试后，发现ZnO光电催化产氢时光电流明显提高；本发明专利技术提供的制备方法简单可行，原料成本低，光电催化产氢性能良好。

Preparation method of nano scale ZnO six party for photocatalytic hydrogen production g C3N4 films

The invention discloses a preparation method of nano scale ZnO six party for photo catalytic hydrogen production of G C3N4 film, comprising the following steps: firstly, the configuration of ZnO sol was prepared by dip coating of ZnO seed layer, the preparation of G powder by C3N4 pyrocondensation polymerization by ultrasonic method, the G C3N4 powder was added to ZnO growth in the solution, finally through hydrothermal method on ITO conductive glass growth six ZnO nanosheet g C3N4 films. Six party ZnO nanosheet obtained by the invention of the G C3N4 film, the light current test, ZnO photoelectric catalytic hydrogen production time current increased significantly; the preparation method of the invention is simple and feasible, low cost of raw materials, photocatalytic hydrogen production performance.

【技术实现步骤摘要】
用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的制备方法
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种用于光电催化产氢六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的制备方法。
技术介绍
当今社会工业迅猛发展，能源危机和环境问题日趋严重，只有解决这些问题社会才能得到长远的繁荣发展。传统能源工业的开采使用过程中产生大量有害气体和废弃物，并且处理废弃污染物传统的物理化学方法存在高能耗、高成本、二次污染等缺点。氢能作为一种清洁、可再生、高燃烧值、副产物简单的绿色能源引起了人们广泛的关注。传统制氢方法主要有化石燃料制氢等，例如甲烷蒸汽重整制氢，这不仅消耗了化石能源，还容易带来温室效应。在1972年，日本学者Fujishima和Honda发现了在光电化学装置中，TiO2半导体作为光电阳极受光照后，在对电极Pt处有氢气产生。自此利用半导体电极进行经济环保的光电催化产氢成为人们研究的热点。半导体光电催化原理以固体能带理论为基础，半导体受光照射后，吸收大于或等于其带隙能的光子能量后，半导体价带上的电子获得能量可以跃迁至导带，从而在价带上留下空穴，即产生光生电子-空穴对，分别发生氧化还原反应，一般氧化反应多用于污染物降解，而还原反应则用于产生氢气。ZnO拥有与TiO2相似的禁带宽度，约为3.2eV，被用作TiO2的替代物而广泛研究。因为ZnO禁带宽度较宽，仅能吸收约占太阳光4％的紫外光部分，因此太阳光利用率较低，光生电子-空穴对易复合。g-C3N4禁带宽度约为2.7eV，对太阳光有很好的吸收利用，用它来改性ZnO太阳光的吸收利用性能，以实现ZnO高的光吸收性能，进而提高产氢性能。目前对于ZnO光电催化改性研究主要以构筑异质结为主，针对ZnO光电催化改性及形貌共同研究较少，有关六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的光电催化产氢报道则相对较少。因此目前关于六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的光电催化产氢是一个值得探讨且具有很大潜力的研究课题。
技术实现思路
为了针对改进ZnO光电催化性能，进一步提高ZnO光电催化产氢效率，本专利技术提出了用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的制备方法。本专利技术的技术方案为：一种用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的制备方法，包括如下步骤步骤一：制备ZnO种子层(1)配制ZnO溶胶；(2)采用浸渍提拉法制备ZnO种子层；步骤二：制备g-C3N4粉末(1)采用热缩聚合法制备g-C3N4块体；(2)将(1)中的g-C3N4块体经过研磨得到g-C3N4粉末；步骤三：制备六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜(1)采用超声法将g-C3N4粉末加入到ZnO生长溶液；(2)将ZnO种子层放入(1)中制备的加g-C3N4粉末的ZnO生长溶液中经过水热法制得六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜。进一步的，所述步骤一中的(1)的工艺参数为：①配置0.3～0.4mol·L-1的ZnO溶胶：将3.3～5.8g醋酸锌加入到50mL乙二醇甲醚中，40～50℃磁力搅拌20～30min，然后滴加1.4～2.5mL单乙醇胺，继续搅拌1.5～2h后得到浅黄色透明溶液，即为ZnO溶胶；②将①中所述的ZnO溶胶静置5～8天，得到浅黄色透明ZnO凝胶。进一步的，所述步骤一中的(2)的工艺参数为：将所述步骤一的(1)中制得的ZnO溶胶采用浸渍提拉法在ITO导电玻璃上拉2层膜以获得ZnO种子层，然后以2℃/min升温至200℃保温30min，然后继续升温至450℃保温1-2h得到ZnO种子层。进一步的，所述步骤二中的(1)的工艺参数为：称量5～10g硫脲或者尿素为前驱体，研磨成粉末，装入带盖坩埚中，然后以2～5℃/min升温至500℃保温1～2h，得到淡黄色g-C3N4块体。进一步的，所述步骤二中的(2)的工艺参数为：将所述步骤二中的(1)得到的g-C3N4块体经5～10min研磨得到淡黄色g-C3N4粉末。进一步的，所述步骤三中(1)的工艺参数为：称取0.1～0.5g所述步骤二制得的g-C3N4粉末，与0.3～0.5g的六次甲基四胺混合，加入50～70mL蒸馏水，超声20～30min，然后加入0.7～0.9g的硝酸锌，玻璃棒搅拌3～5min，即得到g-C3N4浓度为0.05～0.1mol·L-1的ZnO生长溶液。。进一步的，所述步骤三中(2)的工艺参数为：将所述步骤一制备的ZnO种子层放置于所述步骤三中得到的g-C3N4浓度为0.05～0.1mol·L-1的ZnO生长溶液中，采用水热法，85-95℃条件下反应3-4h，70-80℃烘干得到六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所获得的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜，经光电流测试后，发现ZnO光电催化产氢时光电流明显提高。(2)本专利技术提供的制备方法简单可行，原料成本低，光电催化产氢性能良好。附图说明图1是本专利技术的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的电镜扫描图。图2是本专利技术的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的光电流测试图。具体实施方式下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1步骤一：制备ZnO种子层将3.5g的醋酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]加入到50ml的乙二醇甲醚[CH3OCH2CH2OH]中，40℃磁力搅拌20min，然后滴加1.5ml单乙醇胺[HO(CH2)2NH2]，继续搅拌2h后得到浅黄色透明溶液，即为0.3mol·L-1ZnO溶胶，将ZnO溶胶静置7天，得到浅黄色透明ZnO凝胶；采用浸渍提拉法制备ZnO种子层，即：以6mm/s的速度在导电玻璃上镀ZnO种子层，80℃烘干，以同样的方式镀两层后80℃干燥2h；将导电玻璃上的ZnO种子层以2℃/min升温至200℃保温30min，然后继续升温至450℃保温1h得到ZnO种子层；步骤二：制备g-C3N4粉末称量10g硫脲，研磨成粉末，装入带盖坩埚中，然后以2℃/min升温至500℃保温2h，得到淡黄色g-C3N4块体，经10min研磨得到淡黄色g-C3N4粉末。步骤三：制备六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜称取0.5g淡黄色g-C3N4粉末，与0.35g的六次甲基四胺混合，加入50mL蒸馏水，超声30min，加入0.75g的硝酸锌，玻璃棒搅拌3min，得到g-C3N4的浓度为0.1mol·L-1的ZnO生长溶液。将ZnO种子层放置于g-C3N4的浓度为0.1mol·L-1的ZnO生长溶液中，采用水热法在90℃条件下反应4h，去离子水冲洗后80℃烘干得到六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜。实施例2步骤一：制备ZnO种子层将5.8g的醋酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]加入到50ml的乙二醇甲醚[CH3OCH2CH2OH]中，45℃磁力搅拌30min，然后滴加2.5ml单乙醇胺[HO(CH2)2NH2]，继续搅拌1.5h后得到浅黄色透明溶液，即为0.5mol·L-1ZnO溶胶，将ZnO溶胶静置5天，得到浅黄色透明ZnO凝胶；采用浸渍提拉法制备ZnO种子层，即：以4mm/s的速度在导电玻璃上镀ZnO种子层，60℃烘干，以同样的方式镀两层后60℃干燥1h；将导电玻璃上的ZnO种子层以本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO‑g‑C3N4薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：制备ZnO种子层(1)配制ZnO溶胶；(2)采用浸渍提拉法制备ZnO种子层；步骤二：制备g‑C3N4粉末(1)采用热缩聚合法制备g‑C3N4块体；(2)将(1)中的g‑C3N4块体经过研磨得到g‑C3N4粉末；步骤三：制备六方纳米片状ZnO‑g‑C3N4薄膜(1)采用超声法将g‑C3N4粉末加入到ZnO生长溶液；(2)将步骤一中制得的ZnO种子层放入加有g‑C3N4粉末的ZnO生长溶液中，经过水热法制得六方纳米片状ZnO‑g‑C3N4薄膜。

【技术特征摘要】
1.用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：制备ZnO种子层(1)配制ZnO溶胶；(2)采用浸渍提拉法制备ZnO种子层；步骤二：制备g-C3N4粉末(1)采用热缩聚合法制备g-C3N4块体；(2)将(1)中的g-C3N4块体经过研磨得到g-C3N4粉末；步骤三：制备六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜(1)采用超声法将g-C3N4粉末加入到ZnO生长溶液；(2)将步骤一中制得的ZnO种子层放入加有g-C3N4粉末的ZnO生长溶液中，经过水热法制得六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜。2.如权利要求1所述的用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的(1)的工艺参数为：①配置0.3～0.4mol·L-1的ZnO溶胶：将3.3～5.8g醋酸锌加入到50mL乙二醇甲醚中，40～50℃磁力搅拌20～30min，然后滴加1.4～2.5mL单乙醇胺，继续搅拌1.5～2h后得到浅黄色透明溶液，即为ZnO溶胶；②将①中所述的ZnO溶胶静置5～8天，得到浅黄色透明ZnO凝胶。3.如权利要求1所述的用于光电催化产氢的六方纳米片状ZnO-g-C3N4薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的(2)的工艺参数为：将所述步骤一的(1)中制得的ZnO溶胶采用浸渍提拉法在ITO导电玻璃上拉2层膜以获得ZnO种子层，然后以2℃/min升温至200℃保温30min，然后继续升温至450℃保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志锋，鲁雪，王新华，李军伟，王轩，陈培旸，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12