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一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2017-02-27
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2017-08-08
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-07-26
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2037-02-27
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201710109271.4 申请日 2017-02-27
公开/公告号 CN106946222B 公开/公告日 2019-07-26
授权日 2019-07-26 预估到期日 2037-02-27
申请年 2017年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 C01B3/04C01G3/02C03C17/23 主分类号 C01B3/04
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 3
权利要求数量 4 非专利引证数量 1
引用专利数量 6 被引证专利数量 0
非专利引证 1、全文. 任丹丹等.酒石酸与CTAB共模板导向介孔氧化铜及其催化性能《.第十七届全国分子筛学术大会会议论文集》.2013,第399页.;
引用专利 CN105568313A、CN106315660A、CN104931562A、CN104016422A、CN103882494A、CN103395822A 被引证专利
专利权维持 5 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 西北师范大学 当前专利权人 邳州泰利恒商贸有限公司
发明人 卢小泉、贺彩花、王秋红、李洋、王彩荷、权晶晶 第一发明人 卢小泉
地址 甘肃省兰州市安宁区安宁东路805号 邮编 730070
申请人数量 1 发明人数量 6
申请人所在省 甘肃省 申请人所在市 甘肃省兰州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
北京中恒高博知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
吕玉博
摘要
本发明提供FTO/CuO纳米线的制备方法,包括以下步骤:(1)将导电玻璃清洗干净并吹干;(2)将PVP溶于去离子水中,搅拌至澄清,依次加入尿素、酒石酸钠,再加入硫酸铜,搅拌得混合溶液,将混合溶液与步骤(1)得到的导电玻璃转移至聚四氟乙烯反应内衬,在120℃的条件下反应24小时,然后冷却至室温,洗涤烘干后,得到固体薄膜样品;(3)将步骤(2)得到的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,得到FTO/CuO纳米线。本发明还提供应用该方法制备得到的FTO/CuO纳米线及应用。本发明成功地制备了CuO纳米线,提高了CuO纳米线的表面积和载流子浓度,并保持了退火前后材料形貌的一致性,该材料有望用于光解水制氢。
  • 摘要附图
    一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图1
    一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图2
    一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图3
    一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图4
    一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-12-08 专利权的转移 登记生效日: 2020.11.25 专利权人由西北师范大学变更为邳州泰利恒商贸有限公司 地址由730070 甘肃省兰州市安宁区安宁东路805号变更为221300 江苏省徐州市邳州市东湖街道长江路168号东湖街道办事处1楼107室
2 2019-07-26 授权
3 2017-08-08 实质审查的生效 IPC(主分类): C01B 3/04 专利申请号: 201710109271.4 申请日: 2017.02.27
4 2017-07-14 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.FTO/CuO纳米线在光解水析氢中的应用,其中,所述FTO/CuO纳米线的制备方法包括以下步骤:
(1)将导电玻璃清洗干净并吹干;
(2)将PVP溶于去离子水中,搅拌至澄清,依次加入尿素、酒石酸钠,再加入硫酸铜,搅拌得混合溶液,将混合溶液与步骤(1)得到的导电玻璃转移至聚四氟乙烯反应内衬,在120℃的条件下反应24小时,然后冷却至室温,洗涤烘干后,得到固体薄膜样品;
(3)将步骤(2)得到的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,得到FTO/CuO纳米线;
所述应用是将FTO/CuO纳米线在电解液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。

2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:步骤(2)中各组分的用量比为:PVP:尿素:
酒石酸钠:硫酸铜=0.001-0.002mol:0.03-0.04 mol:0.03-0.04 mol:0.01-0.03 mol。

3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:步骤(2)中各组分的用量比为:PVP:尿素:
酒石酸钠:硫酸铜=0.002mol:0.03mol:0.03 mol:0.01 mol。

4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:步骤(2)中所述烘干是在80℃烘干10小时。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种掺杂的半导体材料的制备,尤其涉及一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 纳米结构,由于其有趣的特性和独特的应用,一直以来都是学者们深入研究的主题。纳米CuO是一种多功能材料。当CuO颗粒尺寸小到纳米级(1-100nm)时,其表面原子数、比表面积和表面能等均随着粒径的减小而急剧增加,从而表现出小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点,具有良好的光学性质、磁性、催化性能等。但是目前对具有不同形貌和尺寸的CuO材料的研究和应用已经在许多领域不能满足日益扩大的要求了。为了拓展CuO的性能,改性或与其他元素进行掺杂的方法是合成CuO复合材料的一种有效途径,尤其是与金属元素的掺杂。在近十年来已经合成了许多CuO复合材料,CuO复合材料可以表现出单个材料所不具备的新的化学和物理性质,这可能会在许多技术应用中产生新颖的性能。在复合材料中,对金属元素掺杂的CuO的研究和应用在光电催化领域有着广泛的应用。
[0003] 复合半导体纳米材料与未掺杂或者未改性材料相比,由于其在电学、光学、热学和力学性能上的显著性质,而吸引了广泛的关注。随着纳米科学与技术的进一步发展,复合半导体纳米材料也广泛应用光电化学性能的研究。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用,该材料有望用于光解水制氢。
[0005] 本发明的第一个目的是提供FTO/CuO纳米线的制备方法,包括以下步骤:
[0006] (1)将导电玻璃清洗干净并吹干;
[0007] (2)将PVP溶于去离子水中,搅拌至澄清,依次加入尿素、酒石酸钠,再加入硫酸铜,搅拌得混合溶液,将混合溶液与步骤(1)得到的导电玻璃转移至聚四氟乙烯反应内衬,在120℃的条件下反应24小时,然后冷却至室温,洗涤烘干后,得到固体薄膜样品;
[0008] (3)将步骤(2)得到的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,得到FTO/CuO纳米线。
[0009] 作为优选,步骤(2)中各组分的用量比为:PVP:尿素:酒石酸钠:硫酸铜=0.001-0.002mol:0.03-0.04 mol:0.03-0.04 mol:0.01-0.03 mol。
[0010] 作为进一步优选:步骤(2)中各组分的用量比为:PVP:尿素:酒石酸钠:硫酸铜=0.002mol:0.03mol:0.03 mol:0.01 mol。
[0011] 作为优选,步骤(2)中所述烘干是在80℃烘干10小时。
[0012] 本发明的第二个目的是提供一种FTO/CuO纳米线,使用上述任一所述的方法制备。
[0013] 本发明的第三个目的是提供FTO/CuO纳米线在光解水析氢中的应用。
[0014] 作为优选,是将FTO/CuO纳米线在电解液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。
[0015] 本发明成功地制备了CuO纳米线,提高了CuO纳米线的表面积和载流子浓度,并保持了退火前后材料形貌的一致性,该材料有望用于光解水制氢。

实施方案

[0021] 以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为市售。
[0022] 本发明的制备FTO/CuO纳米线的步骤如下:
[0023] (1)首先将导电玻璃(FTO)裁成2.5 cm ×1.5 cm的大小的方块,先用洗涤剂洗三次,每次在超声波中超声20 min,除去表面油污,然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次,每次20 min。最后用无水乙醇超声洗三次,之后用氮气吹干,密封保存备用。
[0024] (2)将0.001-0.002mol PVP(聚乙烯吡咯烷酮)溶于140mL去离子水中,将此溶液搅拌至澄清,依次加入0.03-0.04 mol尿素、0.03-0.04 mol酒石酸钠,然后缓慢的加入0.01-0.03 mol硫酸铜至以上溶液,接着搅拌1小时,然后将此混合溶液与一片步骤(1)得到的FTO全部转移至聚四氟乙烯反应内衬,在120℃的条件下反应24小时,然后冷却至室温,去离子水反复洗涤后,在80℃烘箱内烘干10小时,最终得到固体薄膜样品。
[0025] PVP作为一种合成水溶性高分子化合物,具有水溶性高分子化合物的一般性质,胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用。
[0026] 尿素是沉淀剂。
[0027] 酒石酸钠在120℃时失去结晶水,再加热则分解。灼烧时散发出糖燃烧的气味,其残渣(灰分)呈强碱性,遇酸产生泡沫。
[0028] 由于硫酸铜极易溶于水,因此易电离出铜离子,又由于溶液中存在碱性气体,因此发生了Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓ + 2NH4+然后,由于是120℃的条件下反应24小时,因此,氢氧化铜脱水最后生成FTO/CuO前驱体。
[0029] (3)将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,最终得到FTO/CuO纳米线。
[0030] (4)将已经得到的FTO/CuO纳米线在电解液为0.5M Na2SO4溶液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。
[0031] 实施例1
[0032] 本发明的制备FTO/CuO纳米线的步骤如下:
[0033] (1)首先将导电玻璃(FTO)裁成2.5 cm ×1.5 cm的大小的方块,先用洗涤剂洗三次,每次在超声波中超声20 min,除去表面油污,然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次,每次20 min。最后用无水乙醇超声洗三次,之后用氮气吹干,密封保存备用。
[0034] (2)将0.002mol PVP溶于140mL去离子水中,将此溶液搅拌至澄清,依此加入0.03 mol尿素、0.03 mol酒石酸钠,然后缓慢的加入0.01 mol硫酸铜至以上溶液,接着搅拌1小时,然后将此混合溶液与一片步骤(1)得到的FTO全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时,在120℃的条件下,然后冷却至室温,去离子水反复洗涤后,在80℃烘箱内烘干10小时,最终得到固体薄膜样品。对得到的固体薄膜样品用扫描电子显微镜进行扫描,结果见图1。
[0035] 图1 为实施例1得到的FTO/CuO纳米线在退火前的扫描电子显微镜图,即步骤2获得的固体薄膜样品的扫描电子显微镜图。由图我们可以看出一层均匀的纳米线被生长在FTO的表面,并且该纳米线的尺寸均一。
[0036] (3)将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,最终得到FTO/CuO纳米线。对得到的FTO/CuO纳米线用扫描电子显微镜进行扫描,结果见图2。
[0037] 图2为实施例1得到的FTO/CuO纳米线在退火后的扫描电子显微镜图,即步骤3获得的FTO/CuO纳米线的扫描电子显微镜图。从图可得,退火前后对于形貌基本上没有改变,而且该纳米线表面是光滑的。
[0038] 图3为实施例1的FTO/CuO纳米线的XRD衍射图,其出峰与文献是一致的,属于标准卡片的JCPDS(801917)。
[0039] (4)将已经得到的FTO/CuO纳米线在电解液为0.5M Na2SO4溶液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。
[0040] 图4为实施例1的FTO/CuO纳米线的光解水的应用图,由图可以看出,在模拟太阳光的照射下,材料氧化铜很好地进行了光解水生成氢气与氧气,由此图可看出,这种材料可以应用于光解水,这也就有利于利用太阳能,同时,产氢能,环保节能。
[0041] 实施例2
[0042] 本发明的制备FTO/CuO纳米线的步骤如下:
[0043] (1)首先将导电玻璃(FTO)裁成2.5 cm ×1.5 cm的大小的方块,先用洗涤剂洗三次,每次在超声波中超声20 min,除去表面油污,然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次,每次20 min。最后用无水乙醇超声洗三次,之后用氮气吹干,密封保存备用。
[0044] (2)将0.001mol PVP溶于140mL去离子水中,将此溶液搅拌至澄清,依此加入0.04mol尿素、0.03 mol酒石酸钠,然后缓慢的加入0.01 mol硫酸铜至以上溶液,接着搅拌1小时,然后将此混合溶液与一片步骤(1)得到的FTO全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时,在120℃的条件下,然后冷却至室温,去离子水反复洗涤后,在80℃烘箱内烘干10小时,最终得到固体薄膜样品。
[0045] (3)将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,最终得到FTO/CuO纳米线。
[0046] (4)将已经得到的FTO/CuO纳米线在电解液为0.5M Na2SO4溶液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。
[0047] 实施例3
[0048] 本发明的制备FTO/CuO纳米线的步骤如下:
[0049] (1)首先将导电玻璃(FTO)裁成2.5 cm ×1.5 cm的大小的方块,先用洗涤剂洗三次,每次在超声波中超声20 min,除去表面油污,然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次,每次20 min。最后用无水乙醇超声洗三次,之后用氮气吹干,密封保存备用。
[0050] (2)将0.001mol PVP溶于140mL去离子水中,将此溶液搅拌至澄清,依次加入0.03 mol尿素、0.04 mol酒石酸钠,然后缓慢的加入0.01 mol硫酸铜至以上溶液,接着搅拌1小时,然后将此混合溶液与一片步骤(1)得到的FTO全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时,在120℃的条件下,然后冷却至室温,去离子水反复洗涤后,在80℃烘箱内烘干10小时,最终得到固体薄膜样品。
[0051] (3)将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,最终得到FTO/CuO纳米线。
[0052] (4)将已经得到的FTO/CuO纳米线在电解液为0.5M Na2SO4溶液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。
[0053] 实施例4
[0054] 本发明的制备FTO/CuO纳米线的步骤如下:
[0055] (1)首先将导电玻璃(FTO)裁成2.5 cm ×1.5 cm的大小的方块,先用洗涤剂洗三次,每次在超声波中超声20 min,除去表面油污,然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次,每次20 min。最后用无水乙醇超声洗三次,之后用氮气吹干,密封保存备用。
[0056] (2)将0.001mol PVP溶于140mL去离子水中,将此溶液搅拌至澄清,依次加入0.03mol尿素、0.035 mol酒石酸钠,然后缓慢的加入0.015 mol硫酸铜至以上溶液,接着搅拌1小时,然后将此混合溶液与一片步骤(1)得到的FTO全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时,在120℃的条件下,然后冷却至室温,去离子水反复洗涤后,在80℃烘箱内烘干10小时,最终得到固体薄膜样品。
[0057] (3)将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,最终得到FTO/CuO纳米线。
[0058] (4)将已经得到的FTO/CuO纳米线在电解液为0.5M Na2SO4溶液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。
[0059] 实施例5
[0060] 本发明的制备FTO/CuO纳米线的步骤如下:
[0061] (1)首先将导电玻璃(FTO)裁成2.5 cm ×1.5 cm的大小的方块,先用洗涤剂洗三次,每次在超声波中超声20 min,除去表面油污,然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次,每次20 min。最后用无水乙醇超声洗三次,之后用氮气吹干,密封保存备用。
[0062] (2)将0.0015mol PVP溶于140mL去离子水中,将此溶液搅拌至澄清,依此加入0.035mol尿素、0.03 mol酒石酸钠,然后缓慢的加入0.03 mol硫酸铜至以上溶液,接着搅拌
1小时,然后将此混合溶液与一片步骤(1)得到的FTO全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应
24小时,在120℃的条件下,然后冷却至室温,去离子水反复洗涤后,在80℃烘箱内烘干10小时,最终得到固体薄膜样品。
[0063] (3)将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时,最终得到FTO/CuO纳米线。
[0064] (4)将已经得到的FTO/CuO纳米线在电解液为0.5M Na2SO4溶液中,利用LSV技术,在模拟太阳光的照射下,进行光解水。
[0065] 最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

附图说明

[0016] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0017] 图1 为针对实施例1为本发明得到的FTO/CuO纳米线在退火前的扫描电子显微镜图;
[0018] 图2为针对实施例1为本发明得到的FTO/CuO纳米线在退火后的扫描电子显微镜图;
[0019] 图3为针对实施例1为本发明的FTO/CuO纳米线的XRD衍射图;
[0020] 图4为针对实施例1为本发明的FTO/CuO纳米线的光解水的应用图。
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