一种纳米棒三氧化二铁/二氧化铌/氧化石墨烯复合材料的制备方法

1.本发明属于光电催化技术领域，具体涉及一种纳米棒fe2o3/nbo2/go复合材料的制备方法。


背景技术：

2.随着能源危机和环境污染问题的日益突出，开发可再生清洁能源替代传统化石能源成为研究人员的热点和挑战。如今，人们越来越关注从水中制氢，这被认为是太阳能转换的有效手段。氢气作为一种清洁环保的能源，通常采用传统的电解技术生产，但在经济上无法与太阳能光催化分解水相媲美。因此，在过去的几十年中，包括有机或无机系统和金属或无金属系统在内的各种材料通常被开发为半导体光催化剂，用于分解水以产生可见光驱动的二次能源-氢能。然而，受其光生电子/空穴对高复合率的限制，单相光催化剂的量子效率受到严重限制，导致光催化活性低。因此，与其他半导体结合构建异质结光催化剂被认为是提高其光催化性能的重要策略。由于两种半导体之间导带和价带的能带能级不同，可以有效地分离和转移光生电子/空穴对，从而大大提高光催化活性。然而，受限于材料的不稳定性和复杂的制备过程，因此开发具有简便方法和优异稳定性的良好异质结构光催化剂是非常必要的。
3.赤铁矿(α-fe2o3)是一种可见光驱动过渡金属氧化物，直接带隙为2.2ev，可以吸收和利用高达600nm的太阳能。相对较低的价带边缘(2.48ev)，使其成为光化学反应的有前途的催化剂。许多研究已经证实，α-fe2o3的特性使其成为与其他半导体耦合构建具有更高光催化性能的异质结的良好候选者。然而，目前合成α-fe2o3复合材料方法比较繁琐。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种纳米棒三氧化二铁/二氧化铌/氧化石墨烯复合材料的制备方法，该方法利用设计的低共熔溶剂一步制备fe2o3/nbo2/go复合材料，制备工艺简单，条件温和，制备成本低，可工业化生产，且对环境无污染；得到的纳米棒fe2o3/nbo2/go具有优异的光电催化性能。
5.第一方面，本发明保护一种fe2o3/nbo2/go复合材料的制备方法，包括如下步骤：
6.1)将氯化铁、氯化铌和尿素混合制成低共熔溶剂；
7.2)将所述低共熔溶剂焙烧，得到所述fe2o3/nbo2/go复合材料。
8.上述的制备方法，步骤1)中，所述氯化铁、所述氯化铌和所述尿素的比例可为任一形成dess的比例，所述氯化铁、所述氯化铌和所述尿素的摩尔比可为1：(0.2～0.5)：10，具体可为1：0.5：10或1：0.2：10。
9.所述氯化铁具体可以氯化铁或其水合物的形式添加，如fecl3·
6h2o；
10.所述氯化铌具体可以氯化铌或其水合物的形式添加，如nbcl5；
11.所述混合可在40～90℃下进行，如70℃。
12.所述混合在搅拌条件下进行，至形成均一的溶液。
13.上述的制备方法，步骤2)中，所述焙烧的程序如下：以2～10℃/min升温至550℃，保温4h后，再以2～10℃/min升温至750～950℃，保温4h。
14.所述焙烧的程序具体可如下a1)-a3)中的任一种：
15.a1)以5℃/min升温至550℃，保温4h后，再以5℃/min升温至850～950℃，保温4h；
16.a2)以5℃/min升温至550℃，保温4h后，再以5℃/min升温至850℃，保温4h；
17.a3)以5℃/min升温至550℃，保温4h后，再以5℃/min升温至950℃，保温4h。
18.所述焙烧可在空气气氛下进行。
19.所述方法在所述焙烧结束后还包括如下步骤：随炉冷却，经过去离子水和乙醇清洗样品，烘干。
20.第二方面，本发明保护上述任一项所述的制备方法制备得到fe2o3/nbo2/go复合材料。
21.所述fe2o3/nbo2/go复合材料的形貌为纳米棒。
22.第三方面，本发明保护所述的fe2o3/nbo2/go复合材料在光催化水分解制氢中的应用。
23.本发明具有如下有益效果：
24.本发明将设计的低共熔溶剂通过一步热解氧化制备了纳米棒fe2o3/nbo2/go复合材料，制备方法操作简单，制备成本低，易工业化生产，所得纳米棒fe2o3/nbo2/go复合材料形貌规整，具有较好的晶型；纳米棒fe2o3/nbo2/go具有优异的光电催化性能，可应用于光催化水分解制氢。
附图说明
25.图1为本发明实施例1制备的fe2o3/nbo2/go复合材料的sem照片；
26.图2为本发明实施例1制备的fe2o3/nbo2/go复合材料的xrd图谱；
27.图3为本发明实施例1制备的fe2o3/nbo2/go复合材料的raman图谱；
28.图4为本发明实施例1～3制备的fe2o3/nbo2/go复合材料的光催化析氢性能曲线；case1-实施例1；case2-实施例2；case3-实施例3。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
30.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
31.下述实施例中的焙烧，如无特殊说明，均在空气中进行。
32.实施例1、制备纳米棒fe2o3/nbo2/go
33.准确称取0.01mol fecl3·
6h2o、0.005mol nbcl5和0.1mol尿素，将其置于油浴锅中，在70℃下搅拌，形成均一的溶液(dess)；将合成的dess置于马弗炉中，以5℃/min升温至550℃，保温4h后，再以5℃/min升温至850℃，保温4h。程序结束后，随炉冷却，经过去离子水
和乙醇清洗样品3次，烘干。
34.实施例2、制备纳米棒fe2o3/nbo2/go
35.准确称取0.01mol fecl3·
6h2o、0.002mol nbcl5和0.1mol尿素，将其置于油浴锅中，在70℃下搅拌，形成均一的溶液(dess)；将合成的dess置于马弗炉中，以5℃/min升温至550℃，保温4h后，再以5℃/min升温至850℃，保温4h。程序结束后，随炉冷却，经过去离子水和乙醇清洗样品3次，烘干。
36.实施例3、制备纳米棒fe2o3/nbo2/go
37.准确称取0.01mol fecl3·
6h2o、0.002mol nbcl5和0.1mol尿素，将其置于油浴锅中，在70℃下搅拌，形成均一的溶液(dess)；将合成的dess置于马弗炉中，以5℃/min升温至550℃，保温4h后，再以5℃/min升温至950℃，保温4h。程序结束后，随炉冷却，经过去离子水和乙醇清洗样品3次，烘干。
38.实施例4、表征
39.对实施例1所得的产品进行形貌表征。其中以sem观察产品形貌，以xrd来鉴别产品组成和晶型。
40.图1为本发明实施例1制备的fe2o3/nbo2/go复合材料的sem照片，从图中可以看出，制备的材料是由纳米棒组成；
41.图2为本发明实施例1制备的fe2o3/nbo2/go复合材料的xrd图谱，从图中可以看出所有样品的xrd衍射峰均可归属于fe2o3(pdf#33-0664)和nbo2(pdf#19-0859)；
42.图3为本发明实施例1制备的fe2o3/nbo2/go复合材料的raman图谱，从图中d峰和g峰可以分析出样品中含有go。
43.实施例5、性能测试
44.光催化水分解析氢反应是在北京中教金源光催化反应在线分析系统上进行的。具体操作条件如下：准确称取50mg合成的催化剂，加入90ml的去离子水超声分散均匀。随后加入10ml甲醇，再次超声分散均匀。将其转移至光催化反应器中，接入光催化反应系统，抽真空30min。随后打开光源，系统每30min抽取产生的氢气进行定量分析。
45.图4为本发明实施例1～3制备的fe2o3/nbo2/go的光催化析氢性能图，从图中可以看出，所合成的fevo4/go复合材料具有优异的光催化析氢性能。
46.以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本技术欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本技术中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。