一種基于氮化碳的復合光催化劑及其制備方法與應用技術

本發明專利技術屬于光催化技術領域，涉及光催化分解水制氫，具體涉及一種基于氮化碳的復合光催化劑及其制備方法與應用。制備方法包括以下步驟：將HKH與BPTA加入至甲醇與N

【技術實現步驟摘要】
一種基于氮化碳的復合光催化劑及其制備方法與應用


[0001]本專利技術屬于光催化
，涉及光催化分解水制氫，具體涉及一種基于氮化碳的復合光催化劑及其制備方法與應用。

技術介紹

[0002]公開該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
[0003]C3N4具有類似石墨烯的二維片層結構，是一類聚合物半導體，結構中存在6個孤對電子的氮，并且禁帶寬度約為2.7 e V。其能帶結構易于產生光生載流子，從而提高對可再生太陽能的利用，實現光催化。層狀結構的C3N4是一種有效載體，可以提高活性位點和反應物的接觸面積，改善材料分散性，避免物質的聚集。但是，較寬的禁帶寬度使其對全光譜可見光吸收率相對較低，并且載流子復合率過高，導致C3N4作為光催化劑的光催化效果較差。

技術實現思路

[0004]為了解決現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種基于氮化碳的復合光催化劑及其制備方法與應用，本專利技術提供的光催化劑能夠改善C3N4的缺陷，降低帶寬，抑制電荷復合，從而有效提高光催化劑的光生電子和空穴分離效率，改善材料的光催化制氫性能。
[0005]為了實現上述目的，本專利技術的技術方案為：一方面，一種基于氮化碳的復合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：將環己六酮（HKH）與3,3'
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二氨基聯苯胺（BPTA）加入至甲醇與N
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甲基吡咯烷酮的混合液中進行溶劑熱反應獲得Bulk
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C4N，采用水熱法對Bulk
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C4N進行處理獲得C4N量子點（C4NDs）溶液；將三聚氰胺進行熱解獲得Bulk
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C3N4，在空氣氛圍下，將Bulk
?
C3N4程序升溫至510~550 ℃進行熱處理獲得C3N4納米片（C3N4NSs）；將C3N4納米片加入至C4N量子點溶液攪拌混合后，靜置即得。
[0006]本專利技術通過C4N量子點與C3N4納米片復合后形成異質復合材料，其界面可以促進電荷分離，抑制復合速率，并且在范德華力作用下使得材料具有較小的帶隙，有助于增強復合材料對可見光的光吸收能力以及光穩定性。此外，形成的異質復合材料具有大的比表面積，可以提供大量反應活性位點。
[0007]經過研究表明，C3N4納米片加入至C4N量子點溶液攪拌混合過程中，C3N4納米片與C4N量子點的質量比對基于氮化碳的復合光催化劑在光催化分解水制氫的催化活性影響較高，當C3N4納米片與C4N量子點的質量比為25:0.1~0.4時，相對于C3N4納米片，光催化分解水產氫活性更高。當C3N4納米片與C4N量子點的質量比為25:0.18~0.22時，光催化分解水產氫活性顯著提高。
[0008]另一方面，一種基于氮化碳的復合光催化劑，由上述制備方法獲得。
[0009]第三方面，一種上述基于氮化碳的復合光催化劑在光催化分解水制氫中的應用。
[0010]本專利技術的有益效果為：1. 本專利技術可以通過控制C4NDs的含量調控基于氮化碳的復合光催化劑中C4N的摻雜量，從而實現對光催化劑的催化性能進行調節。
[0011]2. 本專利技術的制備方法可以通過調節水熱反應時間制備具有不同粒徑的C4NDs，從而能夠通過調節C4NDs粒徑的大小調節C4N電子點與C3N4納米片的復合效果。
[0012]3. 本專利技術通過構建異質結復合結構改善C4N/C3N4能帶結構，增強電荷分離效率，從而使得基于氮化碳的復合光催化劑具有高效光催化產氫的性能。
附圖說明
[0013]構成本專利技術的一部分的說明書附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。
[0014]圖1為實施例4和7所制備的C4NDs和Bulk
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C4N的XRD譜圖；圖2為實施例4所制備C4NDs的原子力顯微鏡照片；圖3為實施例4所制備C4NDs的粒徑分布圖；圖4為實施例13所制備C4NDs的原子力顯微鏡照片；圖5為實施例13所制備C4NDs的粒徑分布圖；圖6為實施例14所制備C4NDs的原子力顯微鏡照片；圖7為實施例14所制備C4NDs的粒徑分布圖；圖8為實施例4所制備C4NDs的透射電鏡照片；圖9為實施例6所制備C3N4NSs的透射電鏡照片；圖10為實施例4所制備C4NDs的FTIR光譜；圖11為實施例6所制備C3N4NSs的FTIR光譜；圖12為實施例4和6所制備材料UV紫外光譜；圖13為實施例5所制備的各光催化劑的產氫量；圖中，4、6、7、13、14分別代表實施例4、6、7、13、14所制的樣品。
具體實施方式
[0015]應該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本專利技術提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本專利技術所屬
的普通技術人員通常理解的相同含義。
[0016]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本專利技術的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0017]鑒于現有C3N4禁帶寬度較寬對全光譜可見光吸收率相對較低，并且載流子復合率過高，導致C3N4作為光催化劑的光催化效果較差，本專利技術提出了一種基于氮化碳的復合光催化劑及其制備方法與應用。
[0018]本專利技術的一種典型實施方式，提供了一種基于氮化碳的復合光催化劑的制備方
法，包括以下步驟：將環己六酮（HKH）與3,3'
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二氨基聯苯胺（BPTA）加入至甲醇與N
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甲基吡咯烷酮的混合液中進行溶劑熱反應獲得Bulk
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C4N，采用水熱法對Bulk
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C4N進行處理獲得C4N量子點（C4NDs）溶液；將三聚氰胺進行熱解獲得Bulk
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C3N4，在空氣氛圍下，將Bulk
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C3N4程序升溫至510~550 ℃進行熱處理獲得C3N4納米片（C3N4NSs）；將C3N4納米片加入至C4N量子點溶液攪拌混合后，靜置即得。
[0019]制備C4N可以由BPTA與HKH制備獲得，也可以由三亞苯
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2,3,6,7,10,11
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六胺（HATP）與HKH制備獲得，但是由于BPTA與HATP的結構不同，因而獲得的C4N中單元結構也并不相同，本專利技術采用BPTA與HKH制備的C4N更容易實現工業化大批量生產，且其產生的單元結構也更有利于與C3N4納米片進行復合，從而改善C3N4的缺陷，降低帶寬，有效提高光催化劑的光生電子和空穴分離效率。
[0020]在一些實施例中，C3N4納米片與C4N量子點的質量比為25:0.1~0.4。該條件下制備的光催化劑的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于氮化碳的復合光催化劑的制備方法，其特征是，包括以下步驟：將環己六酮與3,3'
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二氨基聯苯胺加入至甲醇與N
?
甲基吡咯烷酮的混合液中進行溶劑熱反應獲得Bulk
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C4N，采用水熱法對Bulk
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C4N進行處理獲得C4N量子點溶液；將三聚氰胺進行熱解獲得Bulk
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C3N4，在空氣氛圍下，將Bulk
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C3N4程序升溫至510~550 ℃進行熱處理獲得C3N4納米片；將C3N4納米片加入至C4N量子點溶液攪拌混合后，靜置即得。2.如權利要求1所述的基于氮化碳的復合光催化劑的制備方法，其特征是，C3N4納米片與C4N量子點的質量比為25:0.1~0.4。3.如權利要求1所述的基于氮化碳的復合光催化劑的制備方法，其特征是，制備Bulk
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C4N的過程中，甲...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郝彥海，張超，王艷，郝敬瑞，牛忠華，秋淑娟，郭旭光，張寶仲，王世杰，
申請(專利權)人：山東環投環境工程有限公司，
類型：發明
國別省市：