一種共價有機框架-氮化碳納米片雜化光催化析氫材料及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種共價有機框架

【技術實現步驟摘要】
一種共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料及其制備方法和應用


[0001]本專利技術屬于析氫光催化劑
，具體涉及一種共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料及其制備方法和應用。

技術介紹

[0002]太陽能驅動的光催化分解水制氫(H2)因其具有環保、可有效利用太陽能及低成本的優勢被認為是緩解當前能源危機最有希望的方法之一。因此，開發清潔無污染的可見光催化材料引起了國內外研究的極大興趣。
[0003]二維(2D)共價有機框架(Covalent Organic Framework，簡稱COF)作為一類新興的通過共價鍵與有機分子鏈接的多孔晶體材料，引起了人們的廣泛關注。COF優異的光催化性能應歸功于其多孔結構、寬捕光能力和相鄰層的之間π
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π相互作用。也正是由于層間的π
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π共軛作用，其2D晶體特征才可以增強界面之間的電荷遷移和轉移。
[0004]石墨相氮化碳(Graphitic carbon nitride，簡稱g
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C3N4)作為一種廉價豐富、化學可調性的2D層狀聚合物光催化劑，在光催化分解水方面有一定的應用潛力。然而，與大多數聚合物光催化劑一樣，由于低比表面積，以及g
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C3N4中的光生載流子遷移率較差，g
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C3N4光催化產氫效率受到一定限制。
[0005]因此，為了有效提高光催化效率和電荷分離，以及增加比表面積，開發具有π
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π共軛相互作用的二維/二維(2D/2D)復合異質結是提高光催化活性的最有效策略之一。
[0006]近年來，科研人員通過將C3N4與其他化合物復合，構筑異質結的方法來增加其比表面積和光催化反應活性。如申請號為CN201910011275.8的中國專利技術專利，公開了一種2D/2D C3N4/Ni(OH)2光催化劑的制備方法。通過C3N4與Ni(OH)2的復合，不僅增加了光催化劑的比表面積，更使得C3N4和Ni(OH)2之間產生相互協同作用，促使光生載流子轉移以及加速光生電子空穴對的分離，實現可見光照射下持續穩定分解水產氫。申請號為CN202010516027.1的中國專利技術專利中公開了一種CdS/g
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C3N4異質結光催化劑。該種異質結光催化劑因具有豐富的孔隙結構和空穴結構，比表面積更大，為光生電子提供了傳輸通道，界面之間形成異質結結構和內建電場，產生大量分離的光生電子和空穴，從而實現了高效率的光催化產氫。四川大學鄢洪建課題組合成了一種氮化碳
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共價有機骨架(CNS
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COF)復合材料。通過合理調整塊狀氮化碳，獲得了缺陷顯著減少的CNS。隨后通過化學鍵對CNS和COF進行修飾，不僅可以鈍化邊界區域的氮化碳表面終端，而且還可以在這兩個組分之間建立強電子耦合。因此，在得到的CNS
–
COF復合材料上實現了電荷分離并增強光催化活性(Small,2020,16(20):2001100)。
[0007]因為綠色可持續的優點，通過光催化分解水獲得氫氣的方法引起了國內外研究學者們的極大興趣。然而，由于光催化材料之間沒有強列的相互作用，如可用來促進載流子沿平面和堆積方向遷移的π
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堆積相互作用，或共軛體系中可有助于光捕獲，防止光生電子
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空穴復合的π
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離域作用。又比如由于一些光催化劑沒有可使分子快速擴散并可增強吸附和催
化活性位點的高比表面積，使得光催化活性得不到有效提升等。

技術實現思路

[0008]專利技術目的：為解決現有技術問題，本專利技術目的是提供一種共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料及其制備方法和應用，材料雜化后形成的異質結結構和π
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π共軛作用，可以有效的分離光生電子
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空穴對，在增加了可見光響應的同時，也提高光催化性能，所得材料具有較強的可見光催化產氫性能。
[0009]技術方案：為了達到上述專利技術目的，本專利技術所采用的技術方案如下：
[0010]一種共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料的制備方法，包括以下步驟：
[0011](1)將原料對甲苯磺酸PTSA、對苯二胺Pa
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1和1,3,5
?
三甲基間苯三酚Tp一起研磨，滴加去離子水，然后加熱，冷卻，洗滌，干燥，研磨得TpPa
?1?
COF；
[0012](2)將尿素在空氣氣氛中升溫，保溫煅燒，研磨后得到g
?
C3N4，將其分散到有機溶劑中，得到g
?
C3N4納米片分散液g
?
C3N
4 NS分散液；
[0013](3)將上述所得TpPa
?1?
COF與g
?
C3N
4 NS分散液加入到有機溶劑中，加熱，冷卻，洗滌，干燥，即得所述共價有機框架
?
氮化碳納米片雜化光催化析氫材料TpPa
?1?
COF/g
?
C3N
4 NS。
[0014]優選的，步驟(1)中，所述原料PTSA、Pa
?
1、Tp的摩爾比為(1
?
4)：(0.2
?
0.6)：(2
?
6)；每1mmol總原料滴加5
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30μL的去離子水。
[0015]優選的，步驟(1)中，先將PTSA和Pa
?
1于研缽中研磨2
?
10min，再加入Tp研磨5
?
15min；所述加熱為：150
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200℃加熱90
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150s；所述干燥為：40
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80℃真空干燥10
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14h。
[0016]優選的，步驟(2)中，所述尿素在空氣氣氛中以5℃/min的升溫速率升溫到500
?
600℃，并在此溫度下保溫煅燒1
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3h。
[0017]優選的，步驟(2)中，所述有機溶劑選自乙二醇；所述分散采用超聲分散方法，超聲分散時間為10
?
14h；所述g
?
C3N
4 NS分散液中g
?
C3N
4 NS的濃度為0.33
?
3.3mg/ml。
[0018]優選的，步驟(3)中，所述TpPa
?1?
COF與g
?
C3N
4 NS分散液中g
?
C3N
4 NS的質量比為(0.2
?
5)：1；所述有機溶劑選自乙二醇。
[0019]優選的，步驟(3)中，所述加熱為：60
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100℃下加熱3
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將原料對甲苯磺酸PTSA、對苯二胺Pa
?
1和1,3,5
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三甲基間苯三酚Tp一起研磨，滴加去離子水，然后加熱，冷卻，洗滌，干燥，研磨得TpPa
?1?
COF；(2)將尿素在空氣氣氛中升溫，保溫煅燒，研磨后得到g
?
C3N4，將其分散到有機溶劑中，得到g
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C3N4納米片分散液g
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C3N
4 NS分散液；(3)將上述所得TpPa
?1?
COF與g
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C3N
4 NS分散液加入到有機溶劑中，加熱，冷卻，洗滌，干燥，即得所述共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料TpPa
?1?
COF/g
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C3N
4 NS。2.根據權利要求1所述的共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述原料PTSA、Pa
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1、Tp的摩爾比為(1
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4)：(0.2
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0.6)：(2
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6)；每1mmol總原料滴加5
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30μL的去離子水。3.根據權利要求1所述的共價有機框架
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氮化碳納米片雜化光催化析氫材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，先將PTSA和Pa
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1于研缽中研磨2
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10min，再加入Tp研磨5
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15min；所述加熱為：150
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200℃加熱90
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150s；所述干燥為：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董鵬玉，張艾彩珺，奚新國，程婷，王艷，關榮鋒，宋駿，
申請(專利權)人：鹽城工學院，
類型：發明
國別省市：