【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化分解水，具体涉及一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着社会的快速发展，能源危机和环境污染日益严重，开发清洁能源成为我们现在面临的重要任务。众所周知，太阳辐射的光和热是最丰富的能源，为了能够最大限度的利用太阳能，开发和设计纳米半导体材料成为研究领域的热点。太阳能光催化分解水制氢技术，可以以清洁、高效、低成本和大规模的方式转化储存太阳能，已成为能源研究领域最重要的学科之一。
2、zno属于环境友好型材料，它在日常生活应用中不会对人类的健康和自然环境造成影响。zno的光敏性强，就会比其他的材料具有更高的量子产率。然而，由于zno具有宽的带隙能，其对可见光的吸收有限并且光生载流子容易复合，导致了zno的光催化效率较低。因此，结合zno自身的特性和制备的条件，对单一的zno进行改性处理，将其与半导体材料复合。从而引入了光催化性能良好且与zno禁带宽度相匹配的g-c3n4材料。发现该复合材料在可见光下的光生电子-空穴分离效率和电子迁移率均有效提高。因此，z型zno/g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂可实现高效的光催化析氢反应。
3、在异质结构界面引入无定形碳，可有利于界面处载流子复合过程，从而进一步提升材料光催化活性。由于传统纳米颗粒，表面能高，在液相催化反应中极易团聚，且纳米颗粒材料在液相催化反应后，悬浮在溶液中，难以分离回收。纳米纤维材料具有超长的一维结构，在液相反应中不易团聚，其纤维网毡可实现液相反应后的高效分离和回收，不会造成污染。因此z
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种z型光催化分解水反应体系，可以实现光照下分解水制备氢气的目标。
2、本专利技术采用的技术方案为：一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，制备方法包括如下步骤：
3、1)将锌源和聚丙烯腈pan溶于n,n-二甲基甲酰胺dmf中，得到均匀、透明的溶液；
4、2)将均匀、透明的溶液进行静电纺丝，得到锌源/pan纳米纤维网毡；
5、3)将富氮前驱体和锌源/pan纳米纤维网毡置于封闭瓷舟中进行煅烧，获得产物zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂。
6、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的步骤1)包括如下步骤：将锌源溶于n,n-二甲基甲酰胺dmf中，搅拌至完全溶解，再加入聚丙烯腈pan粉末，在室温下继续搅拌得到均匀、透明的溶液。
7、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的锌源为乙酸锌、硫酸锌、氯化锌和金属锌中的任意一种。
8、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的步骤2)包括如下步骤：将均匀、透明的溶液注入注射器中，进行静电纺丝，注射器针尖与收集器之间的距离为15cm，10h后在铝箔上收集到致密的锌源/pan纳米纤维网毡。
9、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的静电纺丝施加电压为12kv。
10、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的步骤3)包括如下步骤：将富氮前驱体均匀平铺在瓷舟底部，将一块多孔铝箔作为支架置于富氮前驱体上层，多孔铝箔与富氮前驱体距离为8mm，将锌源/pan纳米纤维网毡放在多孔铝箔上，瓷舟用两层铝箔纸密封，然后转移到马弗炉中进行煅烧，待自然冷却后，即可获得目标产物zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂。
11、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的富氮前驱体为单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、尿素和硫脲中的任意一种或两种及以上的组合。
12、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的煅烧条件为：以5℃/min的升温速率，并在550℃下保持2h。
13、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，所述的zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂中，zno和g-c3n4物质的量比为1:1。
14、上述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂在光催化分解水析氢中的应用。
15、本专利技术的有益效果为：
16、1、本专利技术提供了一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂的制备方法，首先利用静电纺丝技术制备锌源/pan纳米纤维网毡，然后将富氮前驱体均匀分布在瓷舟底部，将一块多孔铝箔作为支架置于富氮前驱体上层，将锌源/pan纳米纤维网毡放在多孔铝箔上，方舟用两层铝箔纸密封，转移到马弗炉中煅烧，此时封闭瓷舟内气氛为富氮前驱体受热分解所产生的氮气、氨气等还原性气体，在还原性气氛下，锌源(乙酸锌、硫酸锌、氯化锌或金属锌)受热变为zno，pan受热变为无定形碳。整个制备过程操作简单，可控性强，重复性好，适合大规模生产。
17、2、本专利技术中的zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维中zno:g-c3n4比例可调，有利于反应活性的调控。
18、3、本专利技术的zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维具有良好的光吸收特性，有利于提升太阳能的利用率。
19、4、本专利技术的zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光生载流子为z型转移机理，无定形碳作为异质界面处电子传输媒介，实现了光生载流子的高效分离，相比与传统的ii型异质结具有更强的光催化还原能力，其分解水产氢效率可达1805.75μmol/g。
20、5、本专利技术的zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂结构新颖，光催化分解水性能优异，纤维网毡结构具有良好的分离回收特性，能在一定程度上避免使用后对环境的污染，使其能够广泛用于光催化分解水领域。
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1.一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的步骤1)包括如下步骤：将锌源溶于N,N-二甲基甲酰胺DMF中，搅拌至完全溶解，再加入聚丙烯腈PAN粉末，在室温下继续搅拌得到均匀、透明的溶液。
3.根据权利要求2所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的锌源为乙酸锌、硫酸锌、氯化锌和金属锌中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的步骤2)包括如下步骤：将均匀、透明的溶液注入注射器中，进行静电纺丝，注射器针尖与收集器之间的距离为15cm，10h后在铝箔上收集到致密的锌源/PAN纳米纤维网毡。
5.根据权利要求4所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的静电纺丝施加电压为12kV。
6.根据权利要求1所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，
7.根据权利要求6所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的富氮前驱体为单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、尿素和硫脲中的任意一种或两种及以上的组合。
8.根据权利要求6所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的煅烧条件为：以5℃/min的升温速率，并在550℃下保持2h。
9.根据权利要求1所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂中，ZnO和g-C3N4物质的量比为1:1。
10.权利要求1所述的一种ZnO/C@g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂在光催化分解水析氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的步骤1)包括如下步骤：将锌源溶于n,n-二甲基甲酰胺dmf中，搅拌至完全溶解，再加入聚丙烯腈pan粉末，在室温下继续搅拌得到均匀、透明的溶液。
3.根据权利要求2所述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的锌源为乙酸锌、硫酸锌、氯化锌和金属锌中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的步骤2)包括如下步骤：将均匀、透明的溶液注入注射器中，进行静电纺丝，注射器针尖与收集器之间的距离为15cm，10h后在铝箔上收集到致密的锌源/pan纳米纤维网毡。
5.根据权利要求4所述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述的静电纺丝施加电压为12kv。
6.根据权利要求1所述的一种zno/c@g-c3n4异质结纳米纤维光催化剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶然，闫婷，王彦欣，慕永琪，楚振明，范晓星，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：
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