二维硫化锌在机械催化裂解水制氢中的应用的制作方法

本发明涉及清洁能源技术领域，更具体地，涉及一种二维硫化锌在机械催化裂解水制氢中的应用。

背景技术：

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。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。

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)。如果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。但对于声振动能到氢能的直接转化方面的研究工作鲜有报道。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供了一种有效裂解水产氢的方法，利用zns纳米片机械催化裂解水产氢。

为实现上述目的，采用如下方案：

一种二维硫化锌在机械催化裂解水制氢中的应用，所述应用的方法包括如下步骤：

1)将zns纳米片均匀分散于反应器的水中形成悬浊液；

2)密封所述反应器，通过抽气使所述反应器内处于真空状态，再通入惰性气体；

3)对所述反应器施加超声波振动一段时间；

其中，整个反应过程中避光和保持恒温。

在一些实施方案中，所述zns纳米片的厚度为0.5-10nm，平面尺寸为10nm-10μm。

在一些实施方案中，所述悬浊液中zns纳米片的质量分数为0.01-1mg/ml。

在一些实施方案中，所述恒温为0℃-50℃。

在一些实施方案中，所述恒温通过风扇或循环冷凝水装置实现。

在一些实施方案中，所述惰性气体选自氮气、氩气和氦气中的一种或多种。

在一些实施方案中，所述超声波的频率为20hz-80khz。

在一些实施方案中，所述方法还包括：

4)通过气体取样针抽取所述反应器中的气体，将取出的气体导入气相色谱中通过热导池检测器检测氢气含量。

在一些实施方案中，所述超声波振动的时间为5min–6000min。

zns纳米片作为纤锌矿型晶体结构的催化剂，属于非中心对称晶体，具有压电特性。基于材料的压电效应，在机械应力作用下，硫化锌纳米片发生形变，zn-2s偶极子发生自发极化，产生压电电场(e)。在e作用下，zns内本征载流子可能发生定向的迁移，分别聚集到纳米片边缘，并进一步直接或者间接地参与到水的氧化、还原反应中。从而催化纯水裂解并直接或间接地引发对应的产氢、产氧反应的发生。与现有技术相比，具有如下有益效果：能够直接将广泛存在于人类生存环境中的机械能收集并转化成高密度的绿色能源——氢能。

附图说明

图1根据公开一些实施例的二维硫化锌在机械催化裂解水制氢中的应用的流程示意图；

图2根据公开一些实施例的二维硫化锌在机械催化裂解水制氢中的应用的流程示意图；

图3根据本公开一些实施例中的zns纳米片的sem图；

图4根据本公开一些实施例的所述方法的制氢速率柱状图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

一种二维硫化锌在机械催化裂解水制氢中的应用，所述应用的方法包括如下步骤：

s1、量取10ml去离子水倒入容积约为200ml的玻璃反应器中，加入2mgzns纳米片催化剂，超声1min使zns纳米片完全分散于水中，形成均匀悬浊液；

s2、加上带阀门的磨口接头，将连接处用封口膜封紧，关闭接头阀门，用真空泵从支管口对反应器抽气1h，关闭支管阀门打开接头阀门，充入高纯氩气，再关闭接头阀门打开支管阀门，抽真空20s，如此反复操作8次后充入氩气，关闭各个阀门，磨口接头的顶部加上气密软塞，备用；

s3、将上述反应器底部浸入超声机(27khz)的水中，保持超声机中水面与反应器中液面平齐，固定位置后超声1h，全程避光，期间采用循环冷凝装置保持反应体系的温度稳定；

s4、反应结束后，用气体进样针从气密软塞扎入，从反应器中抽取4ml气体，打入气相色谱中通过热导池检测器(tcd)检测h2含量，由已知标准曲线换算出实际h2体积。

参考图4可知，该实施例中二维zns纳米片机械催化裂解水产氢速率为2.16μmol·h^-1。

实施例2

一种二维硫化锌在机械催化裂解水制氢中的应用，所述应用的方法包括如下步骤：

s1、量取10ml去离子水倒入容积约为200ml的玻璃反应器中，加入10mgzns纳米片催化剂，超声1min使zns纳米片完全分散于水中，形成均匀悬浊液；

s2、加上带阀门的磨口接头，将连接处用封口膜封紧，关闭接头阀门，用真空泵从支管口对反应器抽气1h，关闭支管阀门打开接头阀门，充入高纯氩气，再关闭接头阀门打开支管阀门，抽真空20s，如此反复操作8次后充入氩气，关闭各个阀门，磨口接头的顶部加上气密软塞，备用；

s3、将上述反应器底部浸入超声机(27khz)的水中，保持超声机中水面与反应器中液面平齐，固定位置后超声1h，全程避光，期间采用循环冷凝装置保持反应体系的温度稳定；

s4、反应结束后，用气体进样针从气密软塞扎入，从反应器中抽取4ml气体，打入气相色谱中通过热导池检测器(tcd)检测h2含量，由已知标准曲线换算出实际h2体积。

参考图4可知，该实施例中二维zns纳米片机械催化裂解水产氢速率为8.24μmol·h^-1。

对比实施例1

超声波水解制氢的方法，包括如下步骤：

s1、量取10ml去离子水倒入容积约为200ml的玻璃反应器中，加上带阀门的磨口接头，将连接处用封口膜封紧，关闭接头阀门，用真空泵从支管口对反应器抽气1h，关闭支管阀门打开接头阀门，充入高纯氩气，再关闭接头阀门打开支管阀门，抽真空20s，如此反复操作8次后充入氩气，关闭各个阀门，磨口接头的顶部加上气密软塞，备用；

s2、将上述反应器底部浸入超声机27khz的水中，保持超声机中水面与反应器中液面平齐，固定位置后超声1h，全程避光，期间采用循环冷凝装置保持反应体系的温度稳定；

s3、反应结束后，用气体进样针从气密软塞扎入，从反应器中抽取4ml气体，打入气相色谱中通过热导池检测器(tcd)检测h2含量，由已知标准曲线换算出实际h2体积。

参考图4可知，该实施例条件下，纯水在超声波的作用下只有痕量的氢气产生，产氢速率为0.04μmol·h^-1。

对比实施例2

zns无超声波作用下对水的催化裂解的方法，包括如下步骤：

s1、量取10ml去离子水倒入容积约为200ml的玻璃反应器中，加入10mgzns纳米片催化剂，超声1min使zns纳米片完全分散于水中，形成均匀悬浊液；

s2、加上带阀门的磨口接头，将连接处用封口膜封紧，关闭接头阀门，用真空泵从支管口对反应器抽气1h，关闭支管阀门打开接头阀门，充入高纯氩气，再关闭接头阀门打开支管阀门，抽真空20s，如此反复操作8次后充入氩气，关闭各个阀门，磨口接头的顶部加上气密软塞，备用；

s3、将上述反应器底部浸入水中，保持水面与反应器中液面平齐，固定位置后静置1h，全程避光，期间采用循环冷凝装置保持反应体系的温度稳定；

s4、反应结束后，用气体进样针从气密软塞扎入，从反应器中抽取4ml气体，打入气相色谱中通过热导池检测器(tcd)检测h2含量，由已知标准曲线换算出实际h2体积。

参考图4可知，该实施例条件下，zns无超声波作用下对纯水作用下不会产生明显的氢气。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。