CN113481546A - 一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置 - Google Patents
一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113481546A CN113481546A CN202110927656.8A CN202110927656A CN113481546A CN 113481546 A CN113481546 A CN 113481546A CN 202110927656 A CN202110927656 A CN 202110927656A CN 113481546 A CN113481546 A CN 113481546A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc oxide
- zno
- zinc
- sulfide composite
- zinc sulfide
- 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
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 188
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 title abstract description 15
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 title description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000013154 zeolitic imidazolate framework-8 Substances 0.000 claims abstract description 15
- MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N zinc;2-methylimidazol-3-ide Chemical compound [Zn+2].CC1=NC=C[N-]1.CC1=NC=C[N-]1 MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 43
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 24
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 1-(1-adamantyl)-3-aminothiourea Chemical compound C1C(C2)CC3CC2CC1(NC(=S)NN)C3 XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- DTWCOCYXNRTSIA-UHFFFAOYSA-N C(C)O.[N+](=O)([O-])[O-].[Zn+2].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound C(C)O.[N+](=O)([O-])[O-].[Zn+2].[N+](=O)([O-])[O-] DTWCOCYXNRTSIA-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
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 6
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-imidazole Chemical compound CC1=NC=CN1 LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 6
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 14
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 238000002256 photodeposition Methods 0.000 description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 4
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/08—Sulfides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
- C25C1/20—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of noble metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及光致沉积和光催化技术领域，具体涉及一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置。一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极的制备方法如下：依次用丙酮、乙醇和水超声洗净导电玻璃，干燥除去表面多余的水份；将通过水热反应制备好的氧化锌薄膜；经二次水热后，原位生成ZnO/ZIF‑8前驱体；将ZnO/ZIF‑8前驱体进硫化为ZnO/ZnS，即得到氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极。将ZnO/ZnS复合薄膜光电极和空白导电玻璃利用H型电解槽进行组装，即得到太阳能光致沉积贵金属的回收装置。所述的沉积装置能够将Au、Ag、Pt贵金属从溶液中直接利用太阳能将其沉积出来。
Description
技术领域
本发明涉及光致沉积和光催化技术领域，具体的说，涉及一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置。
背景技术
随着资源过度消耗，导致环境问题日益突出，尤其是贵金属资源的可持续回收和利用成为亟待解决的难题。贵金属资源匮乏，矿产资源属于不可再生资源，特别是金、银工业储量较少。目前我国多数稀有与贵重金属的回收工序复杂，回收成本高昂，尚未建立起循环利用的良性循环体系。对上述废弃物中的稀有与贵重金属贵进行有效的回收利用，不仅可以减少我国金属资源的消耗，同时还可以降低对环境的危害，具有显著的经济和环境效益。
光催化被认为是目前解决能源过度消耗及环境污染问题的有前景的技术之一，通过将光能引入到贵金属的回收当中，进一步拓宽了对可再生能源的利用。银、铂、金等贵金属较为稀缺且价格昂贵，通过光致沉积方法降低回收成本的同时，做到了流程简单、环境友好，且该项光致沉积技术具有大规模工业应用前景。
金属资源，如金、银、铂等在电池***、电催化、光电催化领域扮演者重要的角色。而且在最近报道的研究中，有涉及到光沉积Pt、Au并将其负载到TiO2纳米粒子表面，用于提高其光电化学性能，与此同时，还未发现采用光致沉积收集贵金属的相关报道。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是，利用水热、煅烧、硫化的方法制备出具有优异的光催化活性的氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，组装成H型光致沉积装置，并进行光电化学测试，表明该材料在光照下可以将Au、Ag、Pt等贵金属从其溶液中沉积出来。本发明提供了一种新的光致沉积贵金属材料技术，实现了太阳能和化学能到电能的协同转化。
本发明采用的技术方案是：一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，制备方法包括如下步骤：
1)依次用丙酮、乙醇和水超声洗净导电玻璃，干燥除去表面多余的水份；
2)将通过水热反应制备好的氧化锌薄膜；
3)经二次水热后，原位生成ZnO/ZIF-8前驱体；
4)将ZnO/ZIF-8前驱体进硫化为ZnO/ZnS，即得到氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，步骤2)中，氧化锌薄膜的制备方法包括如下步骤：配置浓度为0.005M硝酸锌乙醇溶液，的在空白FTO表面滴加配制好的硝酸锌乙醇溶液，并在真空烘箱中干燥，然后转移到马弗炉里高温烧结，自然冷却到室温，即得到含ZnO种子层的FTO；取六水合硝酸锌和六亚甲基四胺溶于去离子水中，超声，使其充分溶解，后将混合溶液和含ZnO种子层的FTO转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，进行水热反应，冷却至室温后，分别用乙醇和去离子水洗涤数次，隔夜烘干，即得到ZnO薄膜。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，步骤2)中，所述高温烧结的温度为450℃，时间为0.25-0.5h，所述的水热反应的温度为100℃，反应时间为6h。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，步骤3)中，所述的ZnO/ZIF-8前驱体的制备方法包括如下步骤：将一定量2-甲基咪唑溶于N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液中，将步骤2)得到ZnO薄膜的放入上述混合溶液中，并转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，冷却至室温后，分别用N，N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤数次，70℃烘干6h。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，按固液比，2-甲基咪唑：N，N-二甲基甲酰胺：水＝0.05-0.2g：3-5ml：12-20ml。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，步骤3)中，所述的水热反应的温度为80℃，时间为2h。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，步骤4)中，ZnO/ZnS薄膜的制备方法包括如下步骤：将步骤3)得到的ZnO/ZIF-8前驱体放入硫代乙酰胺和乙醇的混合溶液中，并转移到烘箱中进行反应，冷却至室温后，用乙醇洗涤数次，70℃烘干2h。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，步骤4)中，按固液比，硫代乙酰胺：乙醇＝0.01-0.1g：10-50ml。
优选地，上述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，步骤4)中，所述的反应的温度为70℃，时间为2h。
一种太阳能光致沉积贵金属的回收装置，将上述的任一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极和空白导电玻璃(FTO)利用H型电解槽进行组装，即得到太阳能光致沉积贵金属的回收装置。
本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：
本发明，利用半导体材料做光电极，将太阳能引入光致沉积贵金属的回收方法中，实现太阳能和化学能到电能的协同转化。
本发明，利用原位生长及原位硫化的方法设计合成了氧化锌/硫化锌异质结构，光照条件下促进了光生电子和光生空穴的分离和迁移，同时抑制了光生电子和光生空穴的复合，实现了氧化锌/硫化锌异质结构光催化性能的提高。
本发明的显著优势是，通过将太阳能引入光致沉积贵金属的回收方法中，降低了额外的能源消耗，拓宽了绿色新型能源的利用途径，同时，该光致沉积贵金属回收方法的工序简单、环境友好，具有很大的实际应用前景。
基于FTO导电玻璃的氧化锌/硫化锌薄膜作为光致沉积贵金属光电极，空白FTO做对电极，基于氧化锌/硫化锌光电极一侧电解液为硫酸钠溶液，基于空白FTO电极一侧的电解液分别为0.02％的氯铂酸、0.02％氯金酸、0.02％硝酸银溶液，中间由全氟磺酸质子交换膜隔开。本发明设计了一种简便而有效的策略，合成了具有优异的光催化活性和稳定性的光电极材料，将Au、Ag、Pt贵金属从溶液中直接利用太阳能将其沉积出来，该方法为减少贵金属资源的过度消耗和回收利用开辟了一条简便的途径。该发明实现了太阳能和化学能到电能的协同转化，易于操作且流程简单，有利于太阳能光致沉积贵金属在实际工业生产中的推广应用。
该项光致沉积技术通过使用半导体电极材料做光电极在H型电解槽中进行光沉积,具有显著的成本优势。在光照下，半导体接受的能量大于禁带宽度时，光生电子跃迁到导带，在价带留下带正电的光生空穴，空穴参与水的氧化反应而不断被消耗，光生电子通过外电路进一步转移到空白FTO表面，参与金属离子的还原过程，进而被沉积在空白FTO表面。电子和空穴通过参与氧化还原反应实现了太阳能和化学能的协同转化，而无需外加电源，基于直接利用太阳能的光致沉积技术被认为是满足未来的大规模回收利用贵金属的更加安全兼具绿色环保的新技术。
附图说明
图1是氧化锌/硫化锌复合薄膜电极的合成示意图。
图2是氧化锌/硫化锌复合薄膜电极的电镜扫描照片。
图3是氧化锌/硫化锌复合薄膜的XRD图。
图4是基于氧化锌/硫化锌复合薄膜为光电极的光致沉积装置示意图
图5是光致沉积的Au薄膜的电镜扫描照片。
图6是光致沉积的Ag薄膜的电镜扫描照片。
图7是光致沉积的Pt薄膜的电镜扫描照片。
图8是光致沉积的Au薄膜的XRD图。
图9是光致沉积的Ag薄膜的XRD图。
图10是光致沉积的Pt薄膜的XRD图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过实施例对本发明做进一步说明，应理解以下实施目的在于更好地解释本发明的内容，而不是对本发明的保护范围产生任何限制。
实施例1一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极
(一)制备方法包括如下步骤：
1)氧化锌薄膜种子层制备：包括如下步骤：取六水合硝酸锌溶于乙醇中，超声，使其充分溶解得到浓度为0.005M硝酸锌乙醇溶液。在空白FTO表面滴加0.8mL配制好的硝酸锌乙醇溶液，并在真空烘箱70℃下干燥，该过程重复三次，然后转移到马弗炉里450℃高温烧结15min，自然冷却到室温，即得到ZnO种子层。取0.1M六水合硝酸锌和0.2M六亚甲基四胺溶于50mL去离子水中，超声，使其充分溶解。后将混合溶液和含ZnO种子层的FTO转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在100℃下水热反应6h，冷却至室温后，分别用乙醇和去离子水洗涤数次，80℃隔夜烘干，即得到ZnO薄膜。
2)ZnO/ZIF-8制备：ZnO/ZIF-8前驱体的制备方法包括如下步骤：称取0.1mg的2-甲基咪唑溶于N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液中，其中N，N-二甲基甲酰胺为4mL，水为16mL，将ZnO薄膜放入上述混合溶液中，并转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在80℃下水热反应2h，冷却至室温后，分别用N，N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤数次，70℃烘干6h，即得到ZnO/ZIF-8前驱体。
3)ZnO/ZnS制备：取0.05g硫代乙酰胺溶于20mL乙醇中，超声，使其充分溶解；将基于FTO表面生长的ZnO/ZIF-8薄膜放入该混合溶液中，并转移到烘箱中，在70℃下反应2h，冷却至室温后，用乙醇洗涤数次，70℃烘干2h，即得到ZnO/ZnS薄膜。
(二)表征
氧化锌/硫化锌复合薄膜的制备流程如图1所示，形貌和厚度由扫描电镜进行表征，如图2所示，氧化锌/硫化锌复合薄膜在FTO基底密集分布，氧化锌/硫化锌微米棒阵列厚度约为2.5μm，且微米棒表面呈现不均匀的蜂窝状分布，表面的蜂窝状结构使其表面积增加，促进了与电解液的接触，提高了其对太阳光的利用，其正六边形的顶面带边缘结构依然清晰可见。对氧化锌/硫化锌复合薄膜进行XRD测试，以表征其晶相结构，样品的XRD特征图谱如图3所示，由图可得，样品显示出了较为明显的氧化锌的特征衍射峰，峰型尖锐，表明ZnO结晶度较高，与其标准卡片(JCPDS 36-1451)相对应，由于ZnS是由原位生长在ZnO表面的ZIF-8进一步硫化生成，所以ZnS的XRD衍射峰相对较弱，这与文献报道的结果是一致的，与ZnS标准卡片(JCPDS 05-0566)相对应，同时证明ZnO/ZnS是由ZnO和ZnS复合而成。
实施例2一种利用太阳能光致沉积贵金属的回收装置
如图4所示，一种直接利用太阳能光致沉积贵金属的H型电解池的回收装置结构为：基于FTO导电玻璃的氧化锌/硫化锌复合薄膜电极作为光电极，空白FTO导电玻璃作为对电极，电解液分别是质量分数为0.02％的氯铂酸、0.02％的氯金酸、0.02％的硝酸银溶液，光照时在模拟太阳光(500W氙灯作为光源，AM 1.5型滤光片，入射光强度为100mW/cm2)下进行。图4右侧为光致沉积在FTO表面的Au、Ag、Pt薄膜的图片。
1)光致沉积的Au薄膜的扫描电镜测试和XRD测试
如图5所示，基于太阳能光致沉积的金均匀覆盖在FTO表面，金纳米粒子呈现出不规则的球状结构，且形状、大小较为均匀，通过横截面图可以看出，在20分钟的沉积时间下，金纳米粒子的厚度约为400nm。XRD测试如图6所示，在36.8°、44.5°、64.7°、77.7°对应的衍射峰归属于金的(111)、(200)、(220)、(311)晶面，与其标准卡片(JCPDS 65-8601)相对应。
2)光致沉积的Ag薄膜的扫描电镜测试和XRD测试
如图7所示，基于太阳能光致沉积的银的形貌呈现出规则的棒状结构和不规则的球状结构，其中球状结构的尺寸较大，从横截面图可以看出，基于太阳能光致沉积的银的厚度约为17μm。XRD测试如图8所示，在38.1°、44.3°对应的衍射峰归属于银的(111)、(200)、晶面，在38.1°的较强的衍射峰表明银在(111)晶面的择优取向，与其标准卡片(JCPDS 01-1194)相对应。
3)光致沉积的Pt薄膜的扫描电镜测试和XRD测试
如图9所示，基于太阳能光致沉积的铂较为均匀的覆盖在FTO表面，在20分钟的沉积时间下，Pt薄膜的厚度约为1.8μm，通过XRD测试可知，在40.0°、46.5°对应的衍射峰归属于铂的(111)、(200)晶面，与其标准卡片(JCPDS 21-1276)相对应，由图10可得，Pt的衍射峰的强度较弱，这与文献的报道结果是一致的。
Claims (10)
1.一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：制备方法包括如下步骤：
1)依次用丙酮、乙醇和水超声洗净导电玻璃，干燥除去表面多余的水份；
2)将通过水热反应制备好的氧化锌薄膜；
3)经二次水热后，原位生成ZnO/ZIF-8前驱体；
4)将ZnO/ZIF-8前驱体进硫化为ZnO/ZnS，即得到氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极。
2.根据权利要求1所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：步骤2)中，氧化锌薄膜的制备方法包括如下步骤：配置浓度为0.005M硝酸锌乙醇溶液，的在空白FTO表面滴加配制好的硝酸锌乙醇溶液，并在真空烘箱中干燥，然后转移到马弗炉里高温烧结，自然冷却到室温，即得到含ZnO种子层的FTO；取六水合硝酸锌和六亚甲基四胺溶于去离子水中，超声，使其充分溶解，后将混合溶液和含ZnO种子层的FTO转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，进行水热反应，冷却至室温后，分别用乙醇和去离子水洗涤数次，隔夜烘干，即得到ZnO薄膜。
3.根据权利要求2所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：步骤2)中，所述高温烧结的温度为450℃，时间为0.25-0.5h，所述的水热反应的温度为100℃，反应时间为6h。
4.根据权利要求3所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：步骤3)中，所述的ZnO/ZIF-8前驱体的制备方法包括如下步骤：将一定量2-甲基咪唑溶于N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液中，将步骤2)得到ZnO薄膜的放入上述混合溶液中，并转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，冷却至室温后，分别用N，N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤数次，70℃烘干6h。
5.根据权利要求4所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：按固液比，2-甲基咪唑：N，N-二甲基甲酰胺：水＝0.05-0.2g：3-5ml：12-20ml。
6.根据权利要求5所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：步骤3)中，所述的水热反应的温度为80℃，时间为2h。
7.根据权利要求6所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：步骤4)中，ZnO/ZnS薄膜的制备方法包括如下步骤：将步骤3)得到的ZnO/ZIF-8前驱体放入硫代乙酰胺和乙醇的混合溶液中，并转移到烘箱中进行反应，冷却至室温后，用乙醇洗涤数次，70℃烘干2h。
8.根据权利要求7所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：步骤4)中，按固液比，硫代乙酰胺：乙醇＝0.01-0.1g：10-50ml。
9.根据权利要求8所述的一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极，其特征在于：步骤4)中，所述的反应的温度为70℃，时间为2h。
10.一种太阳能光致沉积贵金属的回收装置，其特征在于：将权利要求1-9所述的任一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极和空白导电玻璃利用H型电解槽进行组装，即得到太阳能光致沉积贵金属的回收装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110927656.8A CN113481546B (zh) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110927656.8A CN113481546B (zh) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113481546A true CN113481546A (zh) | 2021-10-08 |
| CN113481546B CN113481546B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=77946406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110927656.8A Active CN113481546B (zh) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113481546B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114538788A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-05-27 | 广西大学 | 一种层状双金属氢氧化物电致变色储能薄膜的制备方法 |
| CN115595565A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-01-13 | 山东胜利通海集团东营天蓝节能科技有限公司（Cn） | 一种复相ZnO/ZnS纳米阵列薄膜的制备方法及其应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3958985A (en) * | 1975-02-07 | 1976-05-25 | Chemsep Corporation | Extraction method for non-ferrous metals |
| JPH08257410A (ja) * | 1995-03-28 | 1996-10-08 | Nippon Ita Glass Techno Res Kk | 光触媒担持物品および光反応リアクター |
| CN106128773A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-11-16 | 合肥师范学院 | 一种快速高效太阳光响应ZnO多孔薄膜的制备方法 |
| CN106544693A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-03-29 | 北京工业大学 | 一种多级结构ZnO@CoS薄膜电极的制备及其在光电分解水中的应用 |
| CN106558476A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-04-05 | 梁结平 | 一种制备氧化锌/硫化锌复合光电薄膜的方法 |
| CN109706321A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-03 | 江南大学 | 一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法 |
| CN110205634A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-06 | 中山大学 | 一种ZnO/ZnS/CdS光阳极薄膜及其制备方法 |
| CN110556446A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-12-10 | 浙江大学 | 一种异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 |
-
2021
- 2021-08-13 CN CN202110927656.8A patent/CN113481546B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3958985A (en) * | 1975-02-07 | 1976-05-25 | Chemsep Corporation | Extraction method for non-ferrous metals |
| JPH08257410A (ja) * | 1995-03-28 | 1996-10-08 | Nippon Ita Glass Techno Res Kk | 光触媒担持物品および光反応リアクター |
| CN106128773A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-11-16 | 合肥师范学院 | 一种快速高效太阳光响应ZnO多孔薄膜的制备方法 |
| CN106544693A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-03-29 | 北京工业大学 | 一种多级结构ZnO@CoS薄膜电极的制备及其在光电分解水中的应用 |
| CN106558476A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-04-05 | 梁结平 | 一种制备氧化锌/硫化锌复合光电薄膜的方法 |
| CN109706321A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-03 | 江南大学 | 一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法 |
| CN110205634A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-06 | 中山大学 | 一种ZnO/ZnS/CdS光阳极薄膜及其制备方法 |
| CN110556446A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-12-10 | 浙江大学 | 一种异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王英连;曾仁芬;叶君耀;: "贵金属Ag沉积ZnO薄膜的光催化性能研究", 中国陶瓷, no. 03, pages 20 - 21 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114538788A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-05-27 | 广西大学 | 一种层状双金属氢氧化物电致变色储能薄膜的制备方法 |
| CN114538788B (zh) * | 2022-03-08 | 2023-07-25 | 广西大学 | 一种层状双金属氢氧化物电致变色储能薄膜的制备方法 |
| CN115595565A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-01-13 | 山东胜利通海集团东营天蓝节能科技有限公司（Cn） | 一种复相ZnO/ZnS纳米阵列薄膜的制备方法及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113481546B (zh) | 2024-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102352524B (zh) | 一种金属氧化物修饰TiO2纳米管阵列电极及其制备方法 | |
| CN109778223B (zh) | 一种ZnO修饰WO3/BiVO4异质结的制备方法及其在光电催化中的应用 | |
| CN113481546B (zh) | 一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置 | |
| CN110655656A (zh) | 一种钴金属有机框架材料及其制备方法和应用 | |
| CN109277104B (zh) | 一种富硫的钒修饰的NiS2电催化剂及其制备方法 | |
| CN111569896A (zh) | BiVO4-Ni/Co3O4异质结的合成方法及其应用于光电解水 | |
| CN102477564A (zh) | 一种制备spe水电解阳极析氧催化剂的方法 | |
| CN108842168B (zh) | 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极 | |
| CN108511198B (zh) | 一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、其制备方法与用途 | |
| CN103117173A (zh) | 可双面进光的量子点敏化太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102815748A (zh) | 二氧化钛材料及其制备方法、染料敏化太阳能电池 | |
| CN109395748B (zh) | 一种具有可见光响应的Ag2ZnSnS4/Mo结构光阳极及其制备方法与应用 | |
| CN113293404B (zh) | 一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用 | |
| CN113089020A (zh) | Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用 | |
| CN113066675A (zh) | 一种超级电容器电极材料及其制备方法 | |
| CN111111634B (zh) | 一种二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN109518213B (zh) | 一种NiB助剂改性的钒酸铋纳米多孔薄膜电极及其制备方法和应用 | |
| CN102583506A (zh) | 一种多孔微/纳分级结构ZnO球制备方法和用途 | |
| CN109865525A (zh) | 一种CoPi/Ag/钒酸铋复合光电阳极材料的制备方法 | |
| CN109487291A (zh) | 一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池 | |
| 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 | |
| CN113718288A (zh) | 一种新型CuCoOx负载的Mo-BiVO4复合光阳极的制备方法和应用 | |
| CN112909384A (zh) | 一种氧化铜光电极及其新型太阳能铁空气电池 | |
| CN107785174B (zh) | 钴基或镍基或钴镍基硫化物光子晶体对电极 |
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 |