生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法技术

本发明专利技术提供了生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法。制备方法如下：叶片的预处理：植物叶片用稀盐酸、无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡，取出后用蒸馏水洗净，再用稀盐酸、无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡；配置铈溶液，将预处理过的叶片模板浸渍在铈溶液中，取出用蒸馏水洗涤，烘干；将处理好的叶片模板在氮气气氛保护煅烧，接着换成空气气氛煅烧，自然冷却后即得。本发明专利技术的生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法采用了较为简单的化学工艺，反应无需复杂的设备，所需化学原料种类少，价格便宜，实验可重复性好，同时有很大的光催化价值，能大大提高材料对可见光的利用率，增强太阳光下材料光解水制氢的效果，具有广泛的潜在应用价值。

Synthesis method of biological structure carbon / cerium oxide artificial photosynthetic material

The invention provides a synthetic method of biological structure carbon / cerium oxide artificial photosynthetic material. The preparation method comprises the following steps: pretreatment of leaves: mixture of plant leaves soaked in dilute hydrochloric acid, ethanol and distilled water, removed after washed with distilled water, the mixture soak with dilute hydrochloric acid and ethanol and distilled water; the allocation of cerium solution will be pretreated leaf template immersed in cerium solution. Remove the washed with distilled water, dried leaves; template processing good in nitrogen atmosphere protection calcination, and then switched to the air natural cooling is obtained after calcination. The invention of the structure of carbon / biological synthesis method of cerium oxide artificial photosynthetic materials by chemical reaction process is relatively simple, no complicated equipment required for chemical raw materials are few, the price is cheap, the repeatability is good, while the photocatalytic value, can greatly improve the material utilization of visible light rate of reinforcement of water photolysis under sun light effect, has wide potential application value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光合材料领域，具体涉及生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法。
技术介绍
电解水制氢法是最常见的制氢方法，但其存在着很多缺点：第一、固体聚合物电解质膜是电解水制氢的核心部分，而目前国内的固体聚合物电解质膜发展受限，多依赖国外少数几家公司，因此制氢成本较大；第二、作为催化剂的薄膜，其使用寿命有限，反复利用率低；第三、在实际操作过程中，需要消耗大量的电能等。利用生物遗态法制备得到的生物结构碳/氧化铈人工光合材料能够在可见光下分解水制氢，很好的解决了传统电解水制氢法存在的缺点。在光解水制氢领域，目前常用的催化剂有纯半导体氧化物如二氧化铈和二氧化钛，它们的禁带宽度同约为3.2eV，只能在太阳光中的紫外光区进行光催化反应，加之在太阳光谱中紫外光部分只约占4%，对太阳光的利用率较低。研究表明，在氧化物半导体材料中复合碳元素能够降低二氧化铈的禁带宽度，使电子跃迁能量减少0.35-0.40eV以上，使光吸收边发生红移从而可以在可见光下进行光催化反应。经对现有技术的文献检索，围绕可见光响应的制备有一些专利报道，如中国专利申请号201310102897.4，名称为“多组分多孔分级结构可见光催化剂的制备方法”，该专利以具有分级结构的蛋膜为模板合成了多组分多孔分级结构可见光催化剂；中国专利申请号201310071212.4，名称为“一种具有捕捉-催化性能的氧化铈/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂及其制备方法”，该专利合成了具有可见光响应的氧化铈/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，但是上述专利利用的基体仍是无可见光响应能力的二氧化钛。因此，我们致力于开发一种生物结构碳/氧化铈人工光合材料，并将其用于光解水制氢。
技术实现思路
要解决的技术问题：本专利技术的目的是提供生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，以预处理过的植物叶片为生物模板，通过控制两次煅烧温度，使生物中的碳元素可以和氧化铈复合，在复刻生物原有的微观孔道结构同时，合成的生物结构碳/氧化铈人工光合材料在可见光下具有良好的光催化能力。技术方案：生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，包括以下步骤：第一步：叶片的预处理：植物叶片用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12小时，取出后用蒸馏水洗净，再用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12-24小时；第二步：配置1L浓度为0.1-1mol/L的铈溶液，将预处理过的10g叶片模板浸渍在铈溶液中24-48小时后，取出用蒸馏水洗涤，烘干；第三步：将处理好的叶片模板在氮气气氛保护下加热至600-700℃，煅烧196-400分钟，接着换成空气气氛，在温度500-600℃下，煅烧3-3.5小时，自然冷却后即得。进一步的，所述的生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，所述第一步中植物叶片为刚竹竹叶、柳叶和八角金盘叶中的任意一种或几种。进一步的，所述的生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，所述第二步中铈溶液为硝酸铈溶液、氯化铈溶液和硫酸铈溶液中的任意一种。进一步的，所述的生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，所述第三步中氮气气氛中碳化和空气气氛中氧化：碳化和氧化过程中，升温后都是要经过1小时保温，并且保持气体一直流通。有益效果：本专利技术采用了较为简单的化学工艺制备出的生物结构碳/氧化铈人工光合材料，反应无需复杂的设备，所需化学原料种类少，价格便宜，实验可重复性好，同时有很大的光催化价值，能大大提高材料对可见光的利用率，增强太阳光下材料光解水制氢的效果，具有广泛的潜在应用价值。图1为以竹叶为模板制备的生物结构碳/氧化铈人工光合材料的XRD图谱。图2为以竹叶为模板制备的生物结构碳/氧化铈人工光合材料的场发射扫描电镜图。图3为以竹叶为模板制备的生物结构碳/氧化铈人工光合材料在可见光激发下光催化分解水制氢的效果图。具体实施方式实施例1生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，包括以下步骤：第一步：叶片的预处理：刚竹竹叶用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12小时，取出后用蒸馏水洗净，再用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12小时；第二步：配置1L浓度为0.1mol/L硝酸铈水溶液，搅拌溶解后，将经过预处理的10g刚竹竹叶浸渍在溶液中，浸渍24小时，取出后洗涤，烘干；第三步：将处理好的叶片模板在氮气气氛保护下加热至700℃，煅烧196分钟，接着换成空气气氛，在温度550℃下煅烧3小时，自然冷却后取出即得。经过上述步骤，得到的生物结构碳/氧化铈人工光合材料不仅复制了刚竹竹叶的微观结构而且能够在可见光催化下能光解水制氢。图1为本专利技术所制备的生物结构碳/氧化铈人工光合材料的XRD图，从图中可以看出经过材料为面心立方相结构。在场发射扫描电镜下对样品结构进行观察，生物结构碳/氧化铈人工光合材料的场发射扫描电镜照片如图2所示，材料基本完全复制竹叶的微观结构，其微米孔直径3-5µm，其上负载着氧化铈颗粒。将0.1g产物加入到盛有100mL超纯水的反应器中，在模拟可见光照射下每隔1小时取样，利用色谱仪对数据进行作图分析，观察其产氢量变化，光照6小时后其制氢量达302μmol/g。实施例2生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，包括以下步骤：第一步：叶片的预处理：柳叶叶片用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12小时，取出后用蒸馏水洗净，再用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡18小时；第二步：配置1L浓度为0.15mol/L氯化铈水溶液，搅拌溶解后，将经过预处理的柳叶浸渍在溶液中，浸渍48小时，取出后洗涤，烘干；第三步：将处理好的叶片模板在氮气气氛保护下加热至600℃，煅烧400分钟，接着换成空气气氛，在温度500℃下煅烧3小时，自然冷却后即得。经过上述步骤，得到复制了柳叶微观结构的生物结构碳/氧化铈人工光合材料，并在可见光条件下有良好的光解水制氢性能。将0.1g产物加入到盛有100mL超纯水的反应器中，在模拟可见光照射下每隔1小时取样，利用色谱仪对数据进行作图分析，观察其产氢量变化，光照6小时后的制氢量达279μmol/g。实施例3生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，包括以下步骤：第一步：叶片的预处理：八角金盘叶片用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12小时，取出后用蒸馏水洗净，再用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡24小时；第三步：配置1L浓度为1mol/L硫酸铈水溶液，搅拌溶解后，将经过预处理的八角金盘叶浸渍在溶液中，浸渍24小时，取出用蒸馏水洗涤，烘干；第三步：将处理好的叶片模板在氮气气氛保护下加热至650℃，煅烧380分钟，接着换成空气气氛，在温度600℃下煅烧3.5小时，自然冷却后即得。经过上述步骤，得到复制了八角金盘叶微观结构的生物结构碳/氧化铈人工光合材料，并在可见光条件下有良好的光解水制氢性能。将0.1g产物加入到盛有100mL超纯水的反应器中，在模拟可见光照射下每隔1小时取样，利用色谱仪对数据进行作图本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：叶片的预处理：植物叶片用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12小时，取出后用蒸馏水洗净，再用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12‑24小时；第二步：配置 1L浓度为0.1‑1mol/L的铈溶液，将预处理过的10g叶片模板浸渍在铈溶液中24‑48小时后，取出用蒸馏水洗涤，烘干；第三步：将处理好的叶片模板在氮气气氛保护下加热至600‑700℃，煅烧196‑400分钟，接着换成空气气氛，在温度500‑600℃下，煅烧3‑3.5小时，自然冷却后即得。

【技术特征摘要】
1.生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：叶片的预处理：植物叶片用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12小时，取出后用蒸馏水洗净，再用5%的稀盐酸和95%的体积比为3:1的无水乙醇和蒸馏水的混合液浸泡12-24小时；第二步：配置1L浓度为0.1-1mol/L的铈溶液，将预处理过的10g叶片模板浸渍在铈溶液中24-48小时后，取出用蒸馏水洗涤，烘干；第三步：将处理好的叶片模板在氮气气氛保护下加热至600-700℃，煅烧196-400分钟，接着换成空气气氛，在温度5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成宝，陈丰，王陈程，陈志刚，钱君超，吴正颖，唐远征，陈晓，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32