[发明专利]一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用；所述氧化镓纳米材料的制备方法包括以下步骤：a)将PVP‑K30和PVP‑K90加入乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液中进行混合，再加入水合硝酸镓进行分散，得到静电纺丝溶液；b)将步骤a)得到的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到硝酸镓PVP混合材料；c)将步骤b)得到的硝酸镓PVP混合材料干燥后，进行退火处理，得到氧化镓纳米材料。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到基于静电纺丝的Ga₂O₃纳米材料；该Ga₂O₃纳米材料具有光催化产氢能力且有着很较好的光催化产氢性能。

技术领域

本发明涉及光催化剂材料制备技术领域，更具体地说，是涉及一种氧化镓纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于对煤、石油、天然气等不可再生化石燃料的过度消耗，人类面临着日益严重的能源危机和污染问题。因此，开发可持续的、清洁的能源来取代传统的化石燃料迫在眉睫。众所周知，氢气(H₂)能量密度高，燃烧只产生H₂O，是化石燃料的理想清洁替代能源。在各种产氢策略中，光催化水裂解产氢被认为是最优的、环境友好的实际应用方法之一。

自1972年Fujishima和Honda在TiO₂光电极上首次发现水分裂以来，许多半导体材料被用作光催化制氢的光催化剂，如ZnO、CdS、Cu₂O等。然而，Ga₂O₃由于其低成本、可用性、无毒、合适的能带结构、强的化学和热稳定性，仍然是广受研究的优良光催化制氢半导体材料。遗憾的是，Ga₂O₃的捕光能力低、H₂演化反应动力学迟钝、光生电子-空穴对的快速复合等固有缺陷阻碍了Ga₂O₃的实际应用。因此，为了提高Ga₂O₃基光催化剂的产氢活性，人们提出了大量的策略。

静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物纤维，再通过退火处理可以去除聚合物，得到多孔的氧化物纳米材料。通过对静电纺丝参数的调整，我们可以调整材料的形貌，调整其光催化产氢性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种基于静电纺丝制得的Ga₂O₃纳米材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

本发明提供了一种氧化镓纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将PVP-K30和PVP-K90加入乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液中进行混合，再加入水合硝酸镓进行分散，得到静电纺丝溶液；

b)将步骤a)得到的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到硝酸镓PVP混合材料；

c)将步骤b)得到的硝酸镓PVP混合材料干燥后，进行退火处理，得到氧化镓纳米材料。

优选的，步骤a)中所述PVP-K30和PVP-K90的质量比为(1～2)：1；所述乙醇、乙酸和二甲基甲酰胺的质量比为1：1：(0.5～1)；PVP-K30和PVP-K90的总质量与乙醇、乙酸与二甲基甲酰胺的混合溶液的总质量之比为(0.8～1.2)：6；PVP-K30和PVP-K90的总质量与所述水合硝酸镓的质量之比为(0.8～1.2)：(1～2)。