CN113087088A - 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法 - Google Patents
一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113087088A CN113087088A CN202110424957.9A CN202110424957A CN113087088A CN 113087088 A CN113087088 A CN 113087088A CN 202110424957 A CN202110424957 A CN 202110424957A CN 113087088 A CN113087088 A CN 113087088A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sinws
- electrode
- water
- pollutants
- hydrogen evolution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 29
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 title claims abstract description 23
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 34
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(II,III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 5
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 18
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M potassium;sulfooxy sulfate Chemical compound [K+].OS(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 11
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 claims description 4
- 229960003405 ciprofloxacin Drugs 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 2
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 abstract description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 4
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 description 1
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，采用金属辅助化学湿刻的方法制备硅纳米阵列，然后通过旋涂、空气煅烧在硅纳米阵列上负载Co3O4纳米颗粒，同时采用H型电解槽为反应装置，以n‑SiNWs/Co3O4电极为光电阳极，p‑SiNWs/Co3O4电极为光电阴极，Ag/AgCl电极为参比电极，并采用氙灯光源对阴阳两极进行照射，形成一个光电化学催化反应器，可同步实现光电催化析氢与降解水中污染物。本发明的有益效果：SiNWs与负载的Co3O4可以形成异质结，促进光生电子空穴对的分离，进一步提高光电催化活性；n‑SiNWs/Co3O4光电阳极能活化PMS产生羟基自由基和硫酸根自由基降解有机污染物，对环境友好；污染物可以作为·OH捕获剂促进光诱导空穴的消耗，为p‑SiNWs/Co3O4光电阴极提供足够的光生电子，提高析氢效率。
Description
技术领域
本发明涉及催化材料析氢技术领域领域，具体为一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法。
背景技术
随着工业社会的发展，人类不仅面临化石能源枯竭的危机，还面临着水资源污染问题。近几年由于抗生素在医疗与养殖业生产中的滥用与处理不足，导致抗生素分布广泛，产生超级病毒，这严重危害生态环境与人类的健康。因此人类迫切需要发展可持续发展的清洁能源如风能、氢能等，并降解水体中的抗生素，清洁水源。目前，光电催化制氢技术受到许多研究工作者的青睐，同时光电催化降解也因其降解过程简单、环境友好、降解性能好等优点受到研究者关注。然而现在众多研究仅仅关注两者之一，很少有研究者将两者结合起来共同研究。因此本发明设计一种同步实现光电催化析氢与降解水中污染物的处理方法，对于发展清洁能源，保护水环境，促进社会、经济和环境的可持续发展，具有重要的意义。
首先，针对光电催化技术的关键在于寻找光吸收性能好，带隙位置适合，催化性能优异的催化剂制备光电电极。因此寻找高效的，性能优异的催化剂至关重要。针对光电析氢技术，水解所需电位分别为为2H+/H2(-0.41eV)，H2O/O2(+0.82eV)，因此寻找的催化剂的导带要比-0.41eV更负，价带要比0.82eV更正。硅纳米阵列材料具有较窄的带隙(-0.53eV/0.59eV)能够吸收更宽范围的太阳能光谱，具有大的比表面积，能够增强入射光的散射机率，从而能够提高光吸收效率。因此在太阳能光电催化领域具有很好的发展前景。但是，硅在光电催化制氢方面也存在着析氢过电位高，反应动力学缓慢，稳定性不足等问题。针对光电降解技术，Co3O4与过硫酸盐(PMS)的组合能够氧化还原电位较高的羟基自由基(E0＝2.8eV)和硫酸根自由基(E0＝2.5-3.1eV)用于降解抗生素。但是相关的研究存在不易回收，对水造成二次污染等问题。
因此，研发一种易于回收，光电催化活性高，稳定性良好，导带价带位置合适的光电催化材料对于同步实现光电催化析氢与降解水中污染物是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，包括以下步骤：
(1)首先制备n-SiNWs/Co3O4电极与p-SiNWs/Co3O4电极；
(2)以H型电解槽为反应池，以步骤(1)所得n-SiNWs/Co3O4电极为光电阳极，p-SiNWs/Co3O4电极为光电阴极，Ag/AgCl电极为参比电极，含污染物、过硫酸盐与硫酸钠的水溶液为电解质；
(3)采用氙灯光源对步骤(2)所述光电阴阳两极进行照射，形成一个光电化学催化反应。
作为上述方案的优选方案，所述n-SiNWs/Co3O4电极与p-SiNWs/Co3O4电极的制备方法包括以下步骤：
a、首先对n型、p型硅片进行预处理；依次用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗硅片，然后用硫酸与过氧化氢体积比为3:1的混合液彻底清洗硅片，接着将硅片放入浓度为5wt％氢氟酸中浸泡去除表面氧化层；
b、将4.8M氢氟酸、0.02M硝酸银混合配制成银沉积溶液，4.8M氢氟酸、0.3M过氧化氢混合配置成酸性刻蚀液，硝酸、去离子水按照体积比为1:1比例配成除银液；
c、将硅片依次放入上述步骤b中的三种溶液中分别进行反应刻蚀，制备得硅纳米线阵列基底；
d、取一定量的Co(NO3)2·6H2O配置成浓度为0.3M的Co(NO3)2·6H2O乙醇溶液，并取体积为20μL的Co(NO3)2·6H2O乙醇溶液旋涂于制备好的硅纳米线阵列基底上；
e、将上步骤旋涂后的硅纳米阵列在空气中400℃煅烧2h，最终制得SiNWs/Co3O4电极。
作为上述方案的优选方案，步骤a中所述的硅片长、宽同为10mm，厚度为500μm，电阻率为1-10Ω/cm，晶向为(100)。
作为上述方案的优选方案，所述步骤d中所述旋涂过程中旋转速率为500转每分钟，旋转时间为60s。
作为上述方案的优选方案，所述氙灯光源装有截止波长420nm滤波片，功率为300W。
作为上述方案的优选方案，所述H型电解槽中间由Nafion薄膜连接，且两端底部装有磁力搅拌器。
作为上述方案的优选方案，步骤(2)中所述电解质由0.1M Na2SO4，10mg/L环丙沙星，0.52mM过硫酸氢钾(PMS)的水溶液组成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)以H型电解槽为反应装置，使阴极析氢与阳极降解能分开，易于收集气体；
(2)使用n-SiNWs/Co3O4作为阳极用于光电催化降解，与传统的硫酸根活化技术能耗高，性能差相比，Co3O4可用于激活PMS(过硫酸氢盐)生成·SO4 -来去除有机物，降解性能高；与传统的粉末状纳米颗粒催化剂相比，不仅易于回收，且避免水体二次污染；且Co3O4和n-SiNWs复合构成p-n结，促进光激发电子与空穴的分离，降低活化电位，增加活性位点，而且因其纳米线状基底结构，增强光吸收效率，有效提高降解效率；
(3)使用p-SiNWs/Co3O4作为阴极用于光电催化析氢，Co3O4可作为活性位点增加活性位点的暴露，SiNWs与Co3O4界面的异质结构能够有效的抑制光生载流子的复合，在光电催化过程能够有效提高光吸收效率，有利于载荷子的转移，提高其光电化学活性及光电转化效率；
(4)同时使用n-SiNWs/Co3O4电极为光电阳极，p-SiNWs/Co3O4电极为光电阴极时，n-SiNWs/Co3O4光电阳极在电场和光的作用下活化PMS产生羟基自由基和硫酸根自由基降解有机污染物，对环境友好，且污染物可以作为·OH捕获剂促进光诱导空穴的消耗，为p-SiNWs/Co3O4电光阴极提供足够的光生电子，用于提高析氢效率；
(5)对于SiNWs/Co3O4电极的制备方法，工艺简单易操作、高效节能、成本低廉。
附图说明
图1所示为光电催化析氢协同降解废水中污染物的工艺流程图；
图2所示为n-SiNWs/Co3O4的TEM图；
图3所示为光电催化析氢协同降解废水中污染物的机理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用金属辅助化学湿刻的方法制的硅纳米线阵列，然后通过旋涂、空气煅烧在硅纳米阵列上负载Co3O4纳米颗粒。随后采用H型电解槽为反应装置，以n-SiNWs/Co3O4电极为光电阳极，p-SiNWs/Co3O4电极为光电阴极，Ag/AgCl电极为参比电极，并采用氙灯光源对阴阳两极进行照射，形成一个光电化学催化反应器。在电场和光源的作用下，同步实现光电催化析氢与降解水中污染物。
所述的处理方法中使用的SiNWs/Co3O4电极制备主要采用金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线阵列，经过旋涂法将Co(NO3)2·6H2O乙醇溶液负载在硅纳米线阵列表面，空气煅烧。
其中，所述氙灯光源装有截止波长420nm滤波片，功率为300W。所述H型电解槽中间由Nafion薄膜连接，且两端底部装有磁力搅拌器。步骤(2)中所述电解质由0.1M Na2SO4，10mg/L环丙沙星，0.52mM过硫酸氢钾(PMS)的水溶液组成。
所述的处理方法中使用的SiNWs制备方法，具体包含以下步骤：
首先对n型、p型硅片((100)晶面)进行预处理。将硅片分别放入丙酮，乙醇，去离子水中超声15min去除有机物，干燥后放入H2SO4:H2O2＝3：1(v：v)混合溶液中，80℃水热20min去除氧化层，然后去离子水超声清洗(3min/10次)，N2干燥。预处理后的硅片放入镀银液(4.8M HF与0.01M AgNO3)中室温镀银1min，用DI水清洗多余Ag后快速放入刻蚀液(4.8M HF+0.3M H2O2)中，刻蚀不同时间后，用DI水清洗干净。然后放入稀释HNO3(1：1，v：v)中浸泡2h，之后真空干燥或N2吹干，制备得硅纳米线阵列，待用。
其中，步骤a中所述的硅片长、宽同为10mm，厚度为500μm，电阻率为1-10Ω/cm，晶向为(100)。
其次，SiNWs/Co3O4-0.3M电极的制备，具体包含以下步骤：
经过旋涂法取0.3M Co(NO3)2·6H2O乙醇溶液20μL负载在上述步骤所得硅纳米线阵列表面，并在旋涂仪上保持500转每分钟的转速下旋转60s；然后空气400℃煅烧2h，然后制备成电极。所述旋涂过程中旋转速率为500转每分钟，旋转时间为60s。
最后，考察光电催化性能：
采用n-SiNWs/Co3O4电极为光电阳极，p-SiNWs/Co3O4电极为光电阴极，Ag/AgCl电极为参比电极，含0.1M Na2SO4，10mg/L环丙沙星，0.52mM过硫酸氢钾(PMS)的水溶液为电解质，装有截止波长420nm滤波片，功率为300W的氙灯光源作为模拟阳光的光源，测试所制备电极的瞬态光电流密度。
(2)采用n-SiNWs/Co3O4电极为光电阳极，铂电极为对电极，其他与步骤(1)相同，测试所制备电极的瞬态光电流密度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先制备n-SiNWs/Co3O4电极与p-SiNWs/Co3O4电极；
(2)以H型电解槽为反应池，以步骤(1)所得n-SiNWs/Co3O4电极为光电阳极，p-SiNWs/Co3O4电极为光电阴极，Ag/AgCl电极为参比电极，含污染物、过硫酸盐与硫酸钠的水溶液为电解质；
(3)采用氙灯光源对步骤(2)所述光电阴阳两极进行照射，形成一个光电化学催化反应。
2.根据权利要求1所述的一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，其特征在于，所述n-SiNWs/Co3O4电极与p-SiNWs/Co3O4电极的制备方法包括以下步骤：
a、首先对n型、p型硅片进行预处理；依次用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗硅片，然后用硫酸与过氧化氢体积比为3:1的混合液彻底清洗硅片，接着将硅片放入浓度为5wt％氢氟酸中浸泡去除表面氧化层；
b、将4.8M氢氟酸、0.02M硝酸银混合配制成银沉积溶液，4.8M氢氟酸、0.3M过氧化氢混合配置成酸性刻蚀液，硝酸、去离子水按照体积比为1:1比例配成除银液；
c、将硅片依次放入上述步骤b中的三种溶液中分别进行反应刻蚀，制备得硅纳米线阵列基底；
d、取一定量的Co(NO3)2·6H2O配置成浓度为0.3M的Co(NO3)2·6H2O乙醇溶液，并取体积为20μL的Co(NO3)2·6H2O乙醇溶液旋涂于制备好的硅纳米线阵列基底上；
e、将上步骤旋涂后的硅纳米阵列在空气中400℃煅烧2h，最终制得SiNWs/Co3O4电极。
3.根据权利要求2所述的一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，其特征在于，步骤a中所述的硅片长、宽同为10mm，厚度为500μm，电阻率为1-10Ω/cm，晶向为(100)。
4.根据权利要求3所述的一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，其特征在于，所述步骤d中所述旋涂过程中旋转速率为500转每分钟，旋转时间为60s。
5.根据权利要求4所述的一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，其特征在于，所述氙灯光源装有截止波长420nm滤波片，功率为300W。
6.根据权利要求5所述的一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，其特征在于，所述H型电解槽中间由Nafion薄膜连接，且两端底部装有磁力搅拌器。
7.根据权利要求6所述的一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，其特征在于，步骤(2)中所述电解质由0.1M Na2SO4，10mg/L环丙沙星，0.52mM过硫酸氢钾(PMS)的水溶液组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110424957.9A CN113087088B (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110424957.9A CN113087088B (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113087088A true CN113087088A (zh) | 2021-07-09 |
| CN113087088B CN113087088B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=76678948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110424957.9A Active CN113087088B (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113087088B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116177683A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-05-30 | 合肥工业大学 | 一种复合ZnFe2O4/SiNWs材料及其制备方法和用途 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104338546A (zh) * | 2013-07-31 | 2015-02-11 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种基于层状结构半导体材料光催化剂及其产氢应用 |
| KR101729888B1 (ko) * | 2016-01-28 | 2017-04-24 | 서강대학교산학협력단 | 다공성 전이금속 산화물 반도체를 이용한 광전기화학적 물 분해 시스템 |
| WO2017128847A1 (zh) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种规模化太阳能光催化-光电催化分解水制氢的方法 |
| CN108786813A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-13 | 福州大学 | 一种核壳结构硅纳米线-四氧化三钴复合光催化材料及其制备与应用 |
| CN109133259A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 上海电力学院 | 一种利用光阳极活化硫酸盐处理废水并副产氢气的方法 |
| CN110240221A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-09-17 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法 |
| CN111939935A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 合肥工业大学 | 一种SnS2量子点/Si二元纳米阵列光电催化剂及其制备方法 |
| CN111939934A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 合肥工业大学 | 一种SnS2/C/Si三元纳米阵列光电催化剂及其制备方法 |
-
2021
- 2021-04-20 CN CN202110424957.9A patent/CN113087088B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104338546A (zh) * | 2013-07-31 | 2015-02-11 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种基于层状结构半导体材料光催化剂及其产氢应用 |
| KR101729888B1 (ko) * | 2016-01-28 | 2017-04-24 | 서강대학교산학협력단 | 다공성 전이금속 산화물 반도체를 이용한 광전기화학적 물 분해 시스템 |
| WO2017128847A1 (zh) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种规模化太阳能光催化-光电催化分解水制氢的方法 |
| CN108786813A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-13 | 福州大学 | 一种核壳结构硅纳米线-四氧化三钴复合光催化材料及其制备与应用 |
| CN109133259A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 上海电力学院 | 一种利用光阳极活化硫酸盐处理废水并副产氢气的方法 |
| CN110240221A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-09-17 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种光电催化体系及降解有机污染物同时回收贵金属银的方法 |
| CN111939935A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 合肥工业大学 | 一种SnS2量子点/Si二元纳米阵列光电催化剂及其制备方法 |
| CN111939934A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 合肥工业大学 | 一种SnS2/C/Si三元纳米阵列光电催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| KANG-QIANG LU ET AL.,: "Silicon nanowires@Co3O4 arrays fim with Z scheme band alignment for hydrogen evolution", CATALYSIS TODAY, vol. 335, pages 294 - 299 * |
| RUIQI YANG ET AL.,: "Ultrafine Si nanowires/Sn3O4 nanosheets 3D hierarchical heterostructured array as a photoanode with high-efficient photoelectrocatalytic performance", CHEMOSPHERE, vol. 256, pages 1 - 11798 * |
| 李蒋等: "Co3O4 /BiVO4复合阳极活化过一硫酸盐强化光电催化降解双酚A", 环境科学, vol. 39, pages 3713 - 3718 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116177683A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-05-30 | 合肥工业大学 | 一种复合ZnFe2O4/SiNWs材料及其制备方法和用途 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113087088B (zh) | 2024-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zeng et al. | A low-cost photoelectrochemical tandem cell for highly-stable and efficient solar water splitting | |
| CN102142317B (zh) | 一种具有石墨烯界面层的太阳电池及其制备方法 | |
| CN103400878B (zh) | 一种氧化锌纳米铅笔阵列电极及其制备方法和应用 | |
| CN107790131B (zh) | 一种Zr-Fe2O3/FeOOH复合光电极及其制备方法 | |
| CN111569896A (zh) | BiVO4-Ni/Co3O4异质结的合成方法及其应用于光电解水 | |
| CN102509625A (zh) | 一种原位制备硅钨共掺杂TiO2纳米管薄膜光阳极的方法 | |
| CN106328381B (zh) | 一种全固态量子点敏化太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105568313A (zh) | 3d分枝状半导体纳米异质结光电极材料及其制备方法 | |
| CN105140597A (zh) | 通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法 | |
| CN112410814B (zh) | 一种钒酸铋光阳极及其制备方法与应用 | |
| CN104383950A (zh) | 一种Bi2O3-BiOI异质结可见光响应型光催化剂及其制备方法 | |
| CN107829108A (zh) | 一种FeOOH/CdS/Ti:Fe2O3复合光电极及其制备方法 | |
| CN111841609A (zh) | 一种Cu2O/C3N4/TiO2异质结可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN110042452B (zh) | 一种光阳极复合膜、其制备方法及其用途 | |
| CN113087088B (zh) | 一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法 | |
| CN113293404B (zh) | 一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用 | |
| CN113755861A (zh) | 一种z型异质结光电极的制备方法和用途 | |
| CN109133259A (zh) | 一种利用光阳极活化硫酸盐处理废水并副产氢气的方法 | |
| CN105470393A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池电解水制氢集成器件及其制备方法 | |
| CN103088343B (zh) | Cu2O/TiO2纳米复合薄膜的制备方法 | |
| CN107020140A (zh) | 一种氧化铁‑硫化钼‑硫化镉可见光催化薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN114196985B (zh) | 一种BiVO4/NiF2光阳极在光催化水裂解方面的应用 | |
| CN111509243A (zh) | 一种CNTs修饰的BiOCl/ZnO异质结纳米阵列光阳极在光催化燃料电池中的应用 | |
| CN105088266A (zh) | 通过在半导体材料上复合共催化剂制备光电化学电池纳米结构光电极的方法 | |
| CN110359058B (zh) | 一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |