一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用；所述氧化镓纳米材料的制备方法包括以下步骤：a)将PVP

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂材料制备
，更具体地说，是涉及一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于对煤、石油、天然气等不可再生化石燃料的过度消耗，人类面临着日益严重的能源危机和污染问题。因此，开发可持续的、清洁的能源来取代传统的化石燃料迫在眉睫。众所周知，氢气(H2)能量密度高，燃烧只产生H2O，是化石燃料的理想清洁替代能源。在各种产氢策略中，光催化水裂解产氢被认为是最优的、环境友好的实际应用方法之一。
[0003]自1972年Fujishima和Honda在TiO2光电极上首次发现水分裂以来，许多半导体材料被用作光催化制氢的光催化剂，如ZnO、CdS、Cu2O等。然而，Ga2O3由于其低成本、可用性、无毒、合适的能带结构、强的化学和热稳定性，仍然是广受研究的优良光催化制氢半导体材料。遗憾的是，Ga2O3的捕光能力低、H2演化反应动力学迟钝、光生电子
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空穴对的快速复合等固有缺陷阻碍了Ga2O3的实际应用。因此，为了提高Ga2O3基光催化剂的产氢活性，人们提出了大量的策略。
[0004]静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物纤维，再通过退火处理可以去除聚合物，得到多孔的氧化物纳米材料。通过对静电纺丝参数的调整，我们可以调整材料的形貌，调整其光催化产氢性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种基于静电纺丝制得的Ga2O3纳米材料。
[0006]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供了一种氧化镓纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]a)将PVP
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K30和PVP
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K90加入乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液中进行混合，再加入水合硝酸镓进行分散，得到静电纺丝溶液；
[0009]b)将步骤a)得到的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到硝酸镓PVP混合材料；
[0010]c)将步骤b)得到的硝酸镓PVP混合材料干燥后，进行退火处理，得到氧化镓纳米材料。
[0011]优选的，步骤a)中所述PVP
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K30和PVP
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K90的质量比为(1～2)：1；所述乙醇、乙酸和二甲基甲酰胺的质量比为1：1：(0.5～1)；PVP
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K30和PVP
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K90的总质量与乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液的总质量之比为(0.8～1.2)：6；PVP
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K30和PVP
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K90的总质量与所述水合硝酸镓的质量之比为(0.8～1.2)：(1～2)。
[0012]优选的，步骤a)中所述混合的温度为20℃～30℃，搅拌转速为250rpm～500rpm，时间为3h～8h；所述分散的温度为20℃～30℃，搅拌转速为250rpm～500rpm，时间为3h～8h。
[0013]优选的，步骤b)中所述静电纺丝的过程具体为：
[0014]将步骤a)得到的静电纺丝溶液转入带有不锈钢针头的针筒中，针头与接收装置保持10cm～30cm距离，并且在针头上加上正电压，接收装置上加上负电压，环境保持温度为30℃～60℃、湿度为40％以下，缓慢推动针管活塞进行静电纺丝，得到硝酸镓PVP混合材料。
[0015]优选的，所述针筒为10ml～20ml，不锈钢针头的直径为0.2mm～0.4mm；所述正电压为5kV～8kV，负电压为
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5kV～
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2kV；所述缓慢推动针管活塞的推进速度为0.1mm/min～1mm/min。
[0016]优选的，步骤c)中所述干燥的温度为50℃～90℃，时间为30min～70min。
[0017]优选的，步骤c)中所述退火处理的温度为800℃～1000℃，升温速率为1℃/min～5℃/min，保温时间为3h～5h。
[0018]本专利技术还提供了一种氧化镓纳米材料，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成；所述氧化镓纳米材料具有带状结构与大量孔隙，所述带状结构的宽度为100nm
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3μm，孔隙大小为5nm～100nm。
[0019]本专利技术还提供了一种Ga2O3光催化材料在催化产氢中的应用，所述Ga2O3光催化材料为上述技术方案所述的氧化镓纳米材料。
[0020]优选的，所述催化产氢的过程包括以下步骤：
[0021]将Ga2O3光催化材料超声分散于去离子水中，然后加入牺牲剂，在可见光光源照射下催化产氢。
[0022]本专利技术提供了一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用；所述氧化镓纳米材料的制备方法包括以下步骤：a)将PVP
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K30和PVP
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K90加入乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液中进行混合，再加入水合硝酸镓进行分散，得到静电纺丝溶液；b)将步骤a)得到的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到硝酸镓PVP混合材料；c)将步骤b)得到的硝酸镓PVP混合材料干燥后，进行退火处理，得到氧化镓纳米材料。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法采用特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到基于静电纺丝的Ga2O3纳米材料；该Ga2O3纳米材料具有光催化产氢能力且有着很较好的光催化产氢性能。
[0023]同时，本专利技术提供的制备方法具有工艺简单、能耗低、经济环保等优点，且成本低，因此在光催化剂材料制备领域中将有着良好的应用前景和潜力。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1所得的硝酸镓PVP混合材料的扫描电镜(SEM)图片；
[0025]图2为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材料的X射线衍射(XRD)图谱；
[0026]图3为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材料光催化剂材料的低倍扫描电镜(SEM)图片；
[0027]图4为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材料光催化剂材料的高倍扫描电镜(SEM)图片；
[0028]图5为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材料光催化剂材料的低倍透射电镜(TEM)图片；
[0029]图6为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材料光催化剂材料的高倍透射电镜(TEM)图片；
[0030]图7为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材料光催化剂材料的选区电子衍射(SAED)图片；
[0031]图8为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材料光催化剂材料的高分辨透射电镜(HRTEM)图片；
[0032]图9为本专利技术实施例1所得的Ga2O3光催化材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓纳米材料的制备方法，包括以下步骤：a)将PVP
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K30和PVP
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K90加入乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液中进行混合，再加入水合硝酸镓进行分散，得到静电纺丝溶液；b)将步骤a)得到的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到硝酸镓PVP混合材料；c)将步骤b)得到的硝酸镓PVP混合材料干燥后，进行退火处理，得到氧化镓纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述PVP
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K30和PVP
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K90的质量比为(1～2)：1；所述乙醇、乙酸和二甲基甲酰胺的质量比为1：1：(0.5～1)；PVP
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K30和PVP
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K90的总质量与乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液的总质量之比为(0.8～1.2)：6；PVP
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K30和PVP
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K90的总质量与所述水合硝酸镓的质量之比为(0.8～1.2)：(1～2)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述混合的温度为20℃～30℃，搅拌转速为250rpm～500rpm，时间为3h～8h；所述分散的温度为20℃～30℃，搅拌转速为250rpm～500rpm，时间为3h～8h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述静电纺丝的过程具体为：将步骤a)得到的静电纺丝溶液转入带有不锈钢针头的针筒中，针...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国芝，杨雯翔，符胤，杨曼，袁澳，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：