一种Zn-CoNG纳米泡沫催化剂压电催化裂解水的方法技术

本发明专利技术公开了一种Zn

【技术实现步骤摘要】
一种Zn
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CoNG纳米泡沫催化剂压电催化裂解水的方法


[0001]本专利技术涉及催化裂解水领域，具体地，涉及一种Zn
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CoNG纳米泡沫催化剂压电催化裂解水的方法。

技术介绍

[0002]能源短缺与环境污染日益严峻，成为制约人类社会生存和发展的两大难题。传统的化石能源储量有限，燃烧产物对环境不够友好，不能满足人类社会可持续发展的需要，因此开发和利用清洁能源的需求迫在眉睫。
[0003]氢能以其高效、清洁的特点被公认为未来最具潜力的能量载体之一，通过裂解水的反应产生氢气是制氢领域极其重要的技术路径。其中，利用自然界中分布丰富的可再生能源在能源转换材料的辅助下直接驱动裂解水反应，即基于材料自身的物理或化学效应将各种环境中低密度的能量转化成高密度的氢能，符合经济社会的可持续发展要求，具有光明的应用前景，也吸引了越来越多的研究兴趣。
[0004]众所周知，机械能普遍存在于人类生存环境中，并且相比于太阳能、热能和电能，机械能是更加丰富且稳定的能源。从自然运动(如风、水流、海浪、雨滴等)到机体运动(如心脏跳动、肌肉收缩等)，再到广泛存在于人类密集的城市中的声音。其中声音作为一种振动能的存在形式，包括：工厂生产、车辆行进、工地运作和娱乐场活动等人类活动带来的各种声音。而这些声音通常成为一种环境污染(噪声污染)。目前，裂解水的催化剂难以利用机械能进行水分解制氢。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种Zn
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CoNG纳米泡沫催化剂压电催化裂解水的方法，该方法能够高效、环保地催化水分解制氢。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种Zn
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CoNG纳米泡沫催化剂压电催化裂解水的方法，该方法包括：
[0007]1)将水、Zn
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CoNG纳米泡沫进行分散形成悬浊液，然后将体系气氛调节为保护气气氛；
[0008]2)在避光的条件下，对体系施加机械能进行水分解反应；
[0009]其中，所述Zn
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CoNG纳米泡沫由二维Zn，Co，N共掺杂石墨烯纳米片堆叠组装而成。
[0010]通常来讲，一种高效的压电催化材料需要具有高的压电系数，大的机械能捕获截面积，易形变，丰富且高效的催化活性位点等特性。当前备受关注的2D材料，一方面，作为一种低维材料，2D材料易形变，并且大的平面尺寸使其具有较大的机械能捕获截面；另一方面，2D结构高的表面原子比又能保证足够大比表面和充足的催化活性位点。并且这一独特的结构在机械催化领域也开始得到研究者们的关注。
[0011]此外，专利技术人还发现一些原本不具有非中心对称结构的体相材料，当其厚度降至几个原子层厚度时，以及一些原本为非压电体的2D结构(如石墨烯)通过异质元素或缺陷的
引入，本专利技术通过引入N，Zn和Co，其原有的中心对称结构被打破，表现出非中心对称结构，从而具备一定的压电性质。可见，2D结构的构建不仅能够实现材料压电性质的调变，更能拓宽机械催化材料的选择范围。总的来看，2D结构压电体可以很好地兼顾以上要求，将可能成为非常有潜力的压电催化剂。本专利技术能将这类机械能量收集并转化成高能量密度的氢能，变废为宝，其意义不言而喻。基于上述，本专利技术采用Zn
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CoNG纳米泡沫作为压电材料，由于Zn
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N和Co
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N偶极结构的引入，使其具有压电特性。基于材料的压电效应，在机械应力作用下，Zn
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CoNG纳米泡沫发生形变并在表面不同区域产生分离的正、负电荷区，从而催化水裂解产生氢气。该种催化水分解方法不仅具有优异的水分解速率，同时还能够将噪音等机械能进行回收利用，为环境保护拓宽了思路。
[0012]本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0013]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0014]图1是为制备例1制得的Zn
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CoNG纳米泡沫的XRD表征图；
[0015]图2是为制备例1制得的Zn
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CoNG纳米泡沫的SEM表征图；
[0016]图3是为制备例1制得的Zn
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CoNG纳米泡沫的TEM表征图；
[0017]图4是为制备例1制得的Zn
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CoNG纳米泡沫的HRTEM表征图；
[0018]图5是为制备例1制得的Zn
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CoNG纳米泡沫的元素面扫描表征图；
[0019]图6是为实施例和对比例的产氢速率柱状图。
具体实施方式
[0020]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0021]本专利技术提供了一种Zn
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CoNG纳米泡沫催化剂压电催化裂解水的方法，该方法包括：
[0022]1)将水、Zn
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CoNG纳米泡沫进行分散形成悬浊液，然后将体系气氛调节为保护气气氛；
[0023]2)在避光的条件下，对体系施加机械能进行水解反应；
[0024]其中，所述Zn
‑
CoNG纳米泡沫由二维Zn，Co，N共掺杂石墨烯纳米片堆叠组装而成。
[0025]在本专利技术中，所述Zn
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CoNG纳米泡沫的具体结构可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高该方法的水分解速率，优选地，所述Zn
‑
CoNG纳米泡沫具有海绵状孔道结构，孔径分布范围为2
‑
100nm。
[0026]在上述Zn
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CoNG纳米泡沫中，为了进一步提高所述Zn
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CoNG纳米泡沫的催化效果，优选地，所述Zn
‑
CoNG纳米泡沫通过以下方法制备而得：首先，将锌源、钴源分散在有机溶剂中，形成第一溶液；接着，将2
‑
甲基咪唑分散于有机溶剂中，形成第二溶液；然后，将所述第一溶液、第二溶液进行混合并进行接触反应、后处理以得到浅紫色粉末；最后，将所述浅紫色粉末在保护气下进行热处理。
[0027]在上述Zn
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CoNG纳米泡沫的制备方法中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得Zn
‑
CoNG纳米泡沫的催化效果更加优异，优选地，所述锌源、钴源、2
‑
甲基咪唑的
摩尔比为19：1：40
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60。
[0028]在上述Zn
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CoNG纳米泡沫的制备方法中，接触反应的条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得Zn
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CoNG纳米泡沫的催化效果更加优异，优选地，所述接触反应至少满足以下条件：反应温度为15
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Zn
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CoNG纳米泡沫催化剂压电催化裂解水的方法，其特征在于，所述方法包括：1)将水、Zn
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CoNG纳米泡沫进行分散形成悬浊液，然后将体系气氛调节为保护气气氛；2)在避光的条件下，对体系施加机械能进行水分解反应；其中，所述Zn
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CoNG纳米泡沫由二维Zn，Co，N共掺杂石墨烯纳米片堆叠组装而成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Zn
‑
CoNG纳米泡沫具有海绵状孔道结构，孔径分布范围为2
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100nm；优选地，所述Zn
‑
CoNG纳米泡沫通过以下方法制备而得：首先，将锌源、钴源分散在有机溶剂中，形成第一溶液；接着，将2
‑
甲基咪唑分散于有机溶剂中，形成第二溶液；然后，将所述第一溶液、第二溶液进行混合并进行接触反应、后处理以得到浅紫色粉末；最后，将所述浅紫色粉末在保护气下进行热处理；优选地，所述锌源、钴源、2
‑
甲基咪唑的摩尔比为19：1：40
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60；优选地，所述接触反应至少满足以下条件：反应温度为15
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35℃，反应时间为20
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30h；优选地，所述热处理至少满足以下条件：温度为900
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950℃，时间为1
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3h，升温速度5℃/min；优选地，在所述第一溶液中，所述锌源、有机溶剂的用量比为19mmol：70
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100mL；在所述第二溶液中，所述2
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甲基咪唑、有机溶剂的用量比为48mmol：70
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100mL；优选地，所述后处理依次包括：离心、乙醇洗2
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3次、60℃真空干燥12
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24h；优选地，所述保护气为流动状态，流速为40
‑
60sccm；优选地，所述锌源选自硝酸锌、硫酸锌和氯化锌中的至少一种，所述钴源选自硝酸钴、硫酸钴和氯化钴中的至少一种。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文辉，徐燕，邱晓清，谢文轩，藤佳，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：