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专利号: 2021116339947
申请人: 长沙学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种Zn,N共掺杂石墨烯纳米泡沫压电催化裂解水制氢的方法,其特征在于,所述方法包括:

1)将水、ZnNG纳米泡沫进行分散形成悬浊液,然后将体系气氛调节为保护气气氛;

2)在避光的条件下,对体系施加机械能进行水分解反应;

其中,所述ZnNG纳米泡沫即Zn,N共掺杂石墨烯纳米泡沫,由二维Zn,N共掺杂石墨烯纳米片堆叠组装而成。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤1)中,所述悬浊液中ZnNG纳米泡沫的质量浓度为0.01‑1mg/mL,优选为0.1‑0.2mg/mL。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述分散中,还添加有牺牲剂,所述牺牲剂选自甲醇、乙醇、三乙醇胺和乳酸中至少一种;

更优选地,所述水、牺牲剂的用量体积比为(10‑100):1。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,所述水分解反应至少满足以下条件:水分解温度为2‑80℃,水分解时间为0.5‑50h。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述机械能的施加方式采用研磨、搅拌、声波辐照、气流扰动、液体流动中的至少一种;

优选地,所述机械能的施加方式为超声波辐照,所述超声波辐照至少满足以下条件:超声波的频率为21‑100kHz,超声波发生器的功率为10‑500W;

优选地,所述机械能的施加方式为搅拌,所述搅拌的搅拌速率为200‑3000转/分钟。

6.根据权利要求1‑5中任意一项所述的方法,其特征在于,所述ZnNG纳米泡沫具有海绵状孔道结构,孔径分布范围为3‑50nm;

优选地,所述ZnNG纳米泡沫通过以下方法制备而得:首先,将锌源分散在有机溶剂中,形成溶液A;接着,将2‑甲基咪唑分散于有机溶剂中,形成溶液B;然后,将所述溶液A、溶液B进行混合并进行接触反应、后处理以得到白色粉末;最后,将所述白色粉末在保护气下进行热处理;

优选地,所述锌源、2‑甲基咪唑的摩尔比为12:40‑60;

优选地,所述接触反应至少满足以下条件:反应温度为15‑35℃,反应时间为20‑30h;

优选地,所述热处理至少满足以下条件:温度为900‑950℃,时间为1‑3h,升温速度5℃/min;优选地,在所述溶液A中,所述锌源、有机溶剂的用量比为12mmol:70‑100mL;在所述溶液B中,所述2‑甲基咪唑、有机溶剂的用量比为48mmol:70‑100mL;

优选地,所述后处理依次包括:离心、乙醇洗2‑3次、60℃真空干燥12‑24h;

优选地,所述保护气为流动状态,流速为40‑60sccm;

优选地,所述锌源选自硝酸锌、硫酸锌和氯化锌中的至少一种。

7.根据权利要求1‑5中任意一项所述的方法,其特征在于,在步骤1)中,所述分散采用超声的方式进行,所述超声至少满足以下条件:超声时间为0.5‑20min,超声波的频率为21‑

100kHz,超声波发生器的功率为10‑500W。

8.根据权利要求1‑5中任意一项所述的方法,其特征在于,在步骤1)中,体系气氛调节包括:i)对体系抽真空1‑2h;ii)将保护气充入体系1‑5min;iii)对体系抽真空15‑25s;重复步骤ii)和iii)5‑7次;

优选地,所述保护气选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。

9.根据权利要求1‑5中任意一项所述的方法,其特征在于,所述水分解反应的温度通过风扇或循环冷凝水装置进行调节。