[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
[0031] 对比例1
[0032] 步骤1,分别称取9.00g 的Cr(NO3)3·9H2O和10.98g的Cu(NO3)2·3H2O加入到45mL的去离子水中得到混合金属盐溶液,称为溶液A;再配制45mL的浓度为3M的氢氧化钠碱性溶液作为溶液B;
[0033] 步骤2,在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴加入到溶液A中逐渐生成沉淀,然后将混合溶液及沉淀转移到研钵中研磨30min,再转入水热反应釜中120℃加热反应12h,再用去离子水离心洗涤3次并收集固体产物;再将固体产物在60℃下干燥24h,得到块体CuCr‑LDH水滑石样品。
[0034] XRD谱图如图1所示,从图上表明样品结晶良好,为CuCr‑LDH晶相。
[0035] SEM图如图3(a‑b)、TEM图如图4(a‑c)所示,从图中可以看出样品为块体层状结构。
[0036] XPS全谱如图5(A)所示,从图中可以看出,CuCr‑LDH样品(图5(A)中(a)曲线)中,含有Cu、Cr、O、N等元素。图5(B)为Cu 2p高分辨XPS谱,可以看出,CuCr‑LDH样品(图5(B)中(a)2+ 2+
曲线)中,962.7eV的峰、944eV的峰、935.05eV的峰都归属于Cu 的峰,表明CuCr‑LDH中Cu的存在。图5(C)为Cr 2p高分辨XPS谱,可以看出,CuCr‑LDH样品(图5(C)中(a)曲线)中,
3+ 3+
587.4eV处的峰、577.2eV处的峰都归属于Cr ,表明CuCr‑LDH中Cr 的存在。
[0037] 光催化固氮合成氨效果图如图6(B)中(a)所示,从图中可以看出样品在光照100min时,合成氨产量为11.3 μmol/L。
[0038] 电化学交流阻抗谱如图7(a)所示,可以看出CuCr‑LDH样品圆弧半径较大,表明电化学交流阻抗较大,这意味着CuCr‑LDH样品光生电子迁移效果较差。
[0039] 光电流测试结果如图8(a)所示,可以看出CuCr‑LDH样品光电流密度值约为0.04μ2
A•cm,光电流密度值较小,这表明CuCr‑LDH样品光生电子‑空穴对分离和迁移效果较差。
[0040] 莫特‑肖特基曲线如图9(a)所示,可以看出CuCr‑LDH样品莫特‑肖特基曲线的切线斜率为正,表明CuCr‑LDH样品为n型半导体;斜率值较大,表明光生电子迁移效率低;另外,从图中可以得出CuCr‑LDH样品的平带电势为0.206V。
[0041] 实施例1
[0042] 步骤1,分别称取8.00g的Cr(NO3)3·9H2O和9.64g的Cu(NO3)2·3H2O加入到45mL的去离子水中得到混合金属盐溶液,称为溶液A;再配制45mL的浓度为2M的氢氧化钠碱性溶液作为溶液B;
[0043] 步骤2,在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴加入到溶液A中逐渐生成沉淀,然后将混合溶液及沉淀转移到研钵中研磨30min,再转入水热反应釜中110℃加热反应10h,再用去离子水离心洗涤3次并收集固体产物;再将固体产物在60℃下干燥24h,得到块体CuCr‑LDH水滑石样品;
[0044] 步骤3,添加NaBH4并混合研磨后在氩气气氛下高温煅烧
[0045] 称取0.2g的CuCr‑LDH样品和0.03g的NaBH4混合(此时CuCr‑LDH样品与NaBH4的质量比约为7:1)研磨20min,转入瓷舟中置于高温管式炉中,在氩气气氛下煅烧,升温速率设定为2℃/min,目标煅烧温度设为200℃,保温时间为1h,煅烧完成后冷却至室温,再用去离子水离心洗涤3次,并收集得到的块体样品;将块体样品在60℃下干燥24h,并用玛瑙研钵研磨5min得到Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料。
[0046] XRD谱图如图2(a)所示,从图中表明Na4CrO4、Cu和Cu2O三种物相均出现了。
[0047] 光催化固氮合成氨效果图如图6(B)中(b)所示,从图中可以表明样品在光照100min时,合成氨产量为92.7μmol/L。
[0048] 实施例2
[0049] 步骤1,分别称取9.00g 的Cr(NO3)3·9H2O和10.98g的Cu(NO3)2·3H2O加入到45mL的去离子水中得到混合金属盐溶液,称为溶液A;再配制45mL的浓度为3M的氢氧化钠碱性溶液作为溶液B;
[0050] 步骤2,在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴加入到溶液A中逐渐生成沉淀,然后将混合溶液及沉淀转移到研钵中研磨30min,再转入水热反应釜中120℃加热反应12h,再用去离子水离心洗涤3次并收集固体产物;再将固体产物在60℃下干燥24h,得到块体CuCr‑LDH水滑石样品。
[0051] 步骤3,添加NaBH4并混合研磨后在氩气气氛下高温煅烧
[0052] 称取0.2g的CuCr‑LDH样品和0.05g的NaBH4混合(此时CuCr‑LDH样品与NaBH4的质量比为4:1)研磨30min,转入瓷舟中置于高温管式炉中,在氩气气氛下煅烧,升温速率设定为5℃/min,目标煅烧温度设为300℃,保温时间为2h,煅烧完成后冷却至室温,再用去离子水离心洗涤4次,并收集得到的块体样品;将块体样品在80℃下干燥32h,并用玛瑙研钵研磨8min得到Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料。
[0053] XRD谱图如图2(b)所示,从图中表明Na4CrO4、Cu和Cu2O三种物相均出现了。
[0054] SEM如图3(c)与图3(d)所示,样品为片层状形貌。
[0055] TEM如图4(d)、图4(e)与图4(f)所示,样品为纳米片形貌,存在Na4CrO4、Cu和Cu2O三种物相。
[0056] XPS全谱如图5(A)所示,从图中可以看出,与CuCr‑LDH样品(图5(A)中(a)曲线)相比,实施例2制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品(图5(A)中(b)曲线)中除Cu、Cr、O、N等元素外,还含有Na元素。
[0057] 图5(B)为Cu 2p高分辨XPS谱,可以看出,与CuCr‑LDH样品(图5(B)中(a)曲线)相2+
比,实施例2制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品(图5(B)中(b)曲线)中除归属于Cu 的峰之外,还有952.3eV的峰归属于Cu2O,932.5eV处的峰归属于Cu单质。
[0058] 图5(C)为Cr 2p高分辨XPS谱,可以看出,与CuCr‑LDH样品(图5(C)中(a)曲线)相3+
比,实施例2制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品(图5(C)中(b)曲线)中除归属于Cr 的峰
4+
之外,还有578.2eV处的峰归属于Cr ,表明Na4CrO4的存在。
[0059] 光催化固氮合成氨效果图如图6(B)中(c)所示,从图中可以看出样品在光照100min时,合成氨产量为138.1 μmol/L,表明该样品合成氨效果最好。
[0060] 电化学交流阻抗谱如图7(b)所示,从图中可以看出制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品圆弧半径较小,表明电化学交流阻抗较小,这意味着CuCr‑LDH样品光生电子迁移效果较好,即光生电子‑空穴对复合几率降低。
[0061] 光电流测试结果如图8(b)所示,从图中可以看出制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料2
样品光电流密度值约为0.2μA•cm ,是对比例1制备的CuCr‑LDH样品的5倍,即Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品光生电子数目更多,表明光生电子‑空穴对分离和迁移效果明显增强。
[0062] 莫特‑肖特基曲线如图9(b)所示,从图中可以看出制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品莫特‑肖特基曲线的切线斜率为正,表明Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品为n型半导体;斜率值较小,表明光生电子迁移效率高;另外,从图中可以得出CuCr‑LDH样品的平带电势为0.229V,表明其价带电势更低,有利于光催化固氮反应效率的提高。
[0063] 实施例3
[0064] 步骤1,分别称取10.00g 的Cr(NO3)3·9H2O和12.05g的Cu(NO3)2·3H2O加入到45mL的去离子水中得到混合金属盐溶液,称为溶液A;再配制45mL的浓度为4M的氢氧化钠碱性溶液作为溶液B;
[0065] 步骤2,在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴加入到溶液A中逐渐生成沉淀,然后将混合溶液及沉淀转移到研钵中研磨40min,再转入水热反应釜中130℃加热反应24h,再用去离子水离心洗涤3次并收集固体产物;再将固体产物在100℃下干燥36h,得到块体CuCr‑LDH水滑石样品。
[0066] 步骤3,添加NaBH4并混合研磨后在氩气气氛下高温煅烧
[0067] 称取0.2g的CuCr‑LDH样品和0.08g的NaBH4混合(此时CuCr‑LDH样品与NaBH4的质量比为2.5:1)研磨30min,转入瓷舟中置于高温管式炉中,在氩气气氛下煅烧,升温速率设定为6℃/min,目标煅烧温度设为400℃,保温时间为3h,煅烧完成后冷却至室温,再用去离子水离心洗涤5次,并收集得到的块体样品;将块体样品在100℃下干燥36h,并用玛瑙研钵研磨10min得到Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料。
[0068] XRD谱图如图2(c)所示,从图中可以看出Na4CrO4、Cu和Cu2O三种物相均出现了。
[0069] 光催化固氮合成氨效果图如图6(B)中(d)所示,从图中可以看出样品在光照100min时,合成氨产量为14.1 μmol/L。
[0070] 从光催化固氮合成氨效率看,添加NaBH4并经过惰性气氛高温热处理后得到的所有Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料样品,其光催化固氮合成氨活性均比纯CuCr‑LDH样品的活性大大提高。与对比例1制备的CuCr‑LDH样品相比,本发明制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料(实施例1、实施例2、实施例3),特别是当CuCr‑LDH样品与NaBH4的质量比为4:1时制备的Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料,其光电流密度值提高了大约5倍,电化学交流阻抗明显减小,表明光生电子‑空穴对分离和迁移能力大大提高,最终导致Na4CrO4‑Cu2O‑Cu复合材料光催化产氨量比纯CuCr‑LDH样品提高了大约14倍。
[0071] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,本发明的保护范围不限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。