[发明专利]一种氧化亚钴薄片、其制备方法和其在可见光催化全分解水中的应用

说明书

本发明提供了一种氧化亚钴薄片，其具有闪锌矿型结构，为纳米薄片形貌。本发明实施例提供了一种闪锌矿型CoO超薄片的制备方法，包括以下步骤：将氯化钠和醋酸钴分散在水中反应，得到前驱体；将所述前驱体在惰性氛围特定温度下进行煅烧，得到闪锌矿型CoO超薄片。本申请还提供了一种利用所述的闪锌矿型CoO超薄片实现可见光全分解水的方法。实验结果表明，闪锌矿型CoO超薄片比岩盐矿型CoO超薄片具有更高的可见光全分解水性能和稳定性，其在可见光照射下的H₂和O₂的生成速率分别为4.43μmol·g^‑1·h^‑1和2.63μmol·g^‑1·h^‑1。

技术领域

本发明涉及光催化水分解技术领域，尤其涉及一种氧化亚钴薄片、其制备方法和其在可见光催化全分解水中的应用。

背景技术

随着社会的高速发展，如何有效地解决能源和环境问题成为了一个世界性的难题。在众多可再生的清洁能源中，太阳能具有取之不尽、用之不竭的优点，无疑是最有潜力的。但是，太阳能的使用过程中存在能量密度低、分布不均、难以储存的缺点。如果能高效的将太阳能转化成能量密度更高、更容易储存的能源形式，人类社会发展所面临的能源和环境等问题将有望得到解决。

氢能是一种高能量密度的清洁能源，因此，将太阳能通过催化反应转化为氢能是一项极有意义的工作，而这其中的关键就是，找到合适的水分解催化剂实现光催化全分解水产生氢。一般的催化剂包括铂等贵金属，但价格昂贵。过渡金属氧化物如钴氧化物在催化等方面有重要的应用前景，例如，岩盐矿型CoO纳米棒可以用于电化学析氢反应(HER)、电化学产氧反应(OER)、电化学氧还原反应(ORR)、光催化产氢；岩盐矿型CoO纳米颗粒可以用于光催化全分解水。其中，阳离子交换法得到的岩盐矿型CoO纳米棒的形貌如图1所示[Nat.Commun.,2016,7:12876.]；商业Co₃O₄热分解得到的岩盐矿型CoO纳米颗粒的形貌如图2所示[Nat.Nanotechnol.,2014,9(1):69.]。

然而，因为光吸收和能带匹配等原因，通常单一的催化剂难以在纯水中实现光催化全分解水。因此，制备合适、高效的光催化剂并将其应用于光催化水分解中十分必要。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种氧化亚钴薄片、其制备方法和其在可见光催化全分解水中的应用，本发明提供的氧化亚钴薄片作为催化剂，可实现可见光催化全分解水成氢气和氧气，且具有较高的稳定性。

本发明提供一种氧化亚钴薄片，具有闪锌矿型结构，为纳米薄片形貌。

优选地，所述氧化亚钴薄片厚度小于1.5nm。

本发明提供一种氧化亚钴薄片的制备方法，包括以下步骤：

S1、以氯化钠为模板，以醋酸钴为钴源，通过水热反应或溶剂热反应，得到前驱体薄片；

S2、将所述前驱体薄片在惰性氛围中于200～300℃煅烧，得到闪锌矿型氧化亚钴薄片。

优选地，步骤S1具体为：将氯化钠和醋酸钴分散在水或溶剂中反应，干燥后得到前驱体薄片。

优选地，所述反应的温度为20～120℃，时间为0.5～24h。

优选地，所述干燥的方式为冷冻干燥。

优选地，所述氯化钠与醋酸钴的质量比为(100～900)：(100～900)。

优选地，所述煅烧的时间为1～24h。

本发明提供一种可见光催化全分解水的方法，包括以下步骤：

在可见光照射下，将水在催化剂的作用下分解，得到氢气与氧气；所述催化剂为上文所述的闪锌矿型氧化亚钴薄片。