CN107308978A - 一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法 - Google Patents
一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107308978A CN107308978A CN201710625251.2A CN201710625251A CN107308978A CN 107308978 A CN107308978 A CN 107308978A CN 201710625251 A CN201710625251 A CN 201710625251A CN 107308978 A CN107308978 A CN 107308978A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heterojunction boundary
- photochemical catalyst
- compounded
- preparation
- doped
- 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
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical group [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 5
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 5
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 4
- -1 bismuth carboxylate Chemical class 0.000 claims description 4
- JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K bismuth chloride Chemical compound Cl[Bi](Cl)Cl JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- BEQZMQXCOWIHRY-UHFFFAOYSA-H dibismuth;trisulfate Chemical compound [Bi+3].[Bi+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O BEQZMQXCOWIHRY-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- HWSISDHAHRVNMT-UHFFFAOYSA-N Bismuth subnitrate Chemical compound O[NH+]([O-])O[Bi](O[N+]([O-])=O)O[N+]([O-])=O HWSISDHAHRVNMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N Cyanamide Chemical compound NC#N XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001621 bismuth Chemical class 0.000 claims description 2
- 229960001482 bismuth subnitrate Drugs 0.000 claims description 2
- 229910000380 bismuth sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N propane-1,1-diol Chemical class CCC(O)O ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 3
- 150000007974 melamines Chemical class 0.000 description 3
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N dinitrooxybismuthanyl nitrate Chemical compound [Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
- C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
- C07C1/12—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon dioxide with hydrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法,制备的异质结界面掺杂Bi12O17Cl2/g‑C3N4复合光催化剂,在可见光下拥有极强的转化二氧化碳为甲烷的能力。本发明采用g‑C3N4和Bi12O17Cl2纳米片复合，更易形成大面积的异质结，从而促进载流子的分离；通过热扩散使异质结界面处Bi12O17Cl2上的铋原子成功的掺杂到g‑C3N4晶格里，诱导了超强的异质结界面处的电场，实现了超级的可见光还原二氧化碳性能；多孔的g‑C3N4极高的比表面和无数微孔为界面掺杂提供了便利；匹配的带隙结构和界面掺杂成功控制了载流子的流向，实现了选择还原二氧化碳为甲烷，增强了光催化剂的循环使用能力；材料合成简单绿色，规模大，工业化应用前景好。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法，属于能源环境及纳米材料技术领域。
背景技术
能源和环境问题关系着经济社会的可持续发展和人类的生存。尽管化石燃料可以暂时满足人类发展的需要，但是化石燃料是不可再生的能源。长期的使用化石燃料不仅会减少化石燃料的储备，而且大量燃烧产物二氧化碳的排放还会导致温室效应。光催化剂利用太阳能把二氧化碳转化为甲烷、甲醇、甲醛、一氧化碳等有机燃料为解决能源环境问题提供一条理想的途径。利用太阳能还原二氧化碳为有机燃料的整个过程是绿色无污染。同时光催化剂制备简单、经济、可循环利用也为实际工业应用提供可能。
然而现有的催化转化二氧化碳为燃料的技术还难以满意实际生产的需要。例如中国专利CN 106622235 A公开了名称为：用于将二氧化碳转化为一氧化碳的石墨烯包覆合金纳米催化剂及其制备方法。该技术通过控制合金组分比例和石墨烯壳层结构使合金中的电子通过石墨烯迁移到催化剂的表面上参与反应，实现了较高的二氧化碳转化为一氧化碳的选择性。但是转化速率和转化率并不高。还有，例如中国专利CN 105498780 A公开了名称为：一种Cu/ZnO催化剂及其制备方法和在二氧化碳化学转化中的应用。该技术首先通过微波反应合成了棒状的ZnO，然后在ZnO纳米棒上沉积了一定质量分数的铜纳米颗粒。但是该技术二氧化碳还原副产物多，同时氧化锌是宽带隙半导体不利于对可见光的利用，因此对实际产业化生产造成了困难。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：
一种异质结界面掺杂复合光催化剂, 是指异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。这种界面掺杂二维复合材料在异质结界面处诱导超强的静电力，极大地促进了光生电子空穴对的产生和分离，在可见光下实现了超强的还原二氧化碳为碳氢燃料的能力。同时，匹配的带隙结构通过控制载流子的流向实现了把二氧化碳选择性地转化为甲烷，提高了循环使用过程中的稳定性。
进一步的，所述Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂使二氧化碳在太阳光的可见光照射下持续转化为甲烷。
进一步的，所述Bi12O17Cl2与g-C3N4质量比为0.02～4:1。
进一步的，所述异质结界面掺杂复合光催化剂的制备方法，步骤如下：
步骤一、利用胺类有机物在一定温度和保温时间下热聚制备出多孔的g-C3N4纳米片；
步骤二、在铋盐的醇溶液中利用多孔的g-C3N4纳米片为基底通过碱溶液调控pH值使Bi12O17Cl2充分地生长在g-C3N4纳米片上；
步骤三、将沉淀用水清洗离心、烘干，研磨成粉末后通过一定的温度和保温时间，利用热扩散合成异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
进一步的，所述胺类有机物为三聚氰胺、单氰胺、双氰胺、硫脲和尿素中的一种或多种组合。
进一步的，所述铋盐为硝酸铋、次硝酸铋、氯化铋、羧酸铋、碳酸铋、硫酸铋中的一种或多种组合。
进一步的，所述醇溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种组合。
进一步的，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水中的一种或多种组合。
进一步的，所述碱溶液的浓度1～10 mol/l，pH的调控范围是9～14。
进一步的，所述步骤一中加热反应的温度为100～1000℃，加热反应的时间为4～48h；所述步骤三中加热反应的温度为200℃～1200℃，加热反应的时间为12～36h。
本发明的有益效果在于：
1、g-C3N4和Bi12O17Cl2都是纳米片，两个复合更容易形成大面积的异质结，从而促进载流子的分离；
2、通过热扩散使得异质结界面处Bi12O17Cl2上的铋原子成功的掺杂到g-C3N4晶格里，诱导了超强的异质结界面处的电场，实现了超级的可见光还原二氧化碳性能；
3、多孔g-C3N4极高的比表面和无数微孔为界面掺杂提供了便利；
4、匹配的带隙结构和界面掺杂成功控制了载流子的流向，实现了选择还原二氧化碳为甲烷，增强了光催化剂的循环使用能力；
5、材料合成简单绿色，规模大，工业化应用前景好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
图1 为本发明实施例2中Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂的TEM谱图照片。
具体实施例
实施例1
首先利用10 g三聚氰胺在室温下以5 ℃/min加热到700 ℃，保温5 h后以20 ℃/min降温到室温制备出多孔的g-C3N4纳米片。然后氯化铋的丙三醇溶液中加入g-C3N4纳米片并搅拌分散均匀，然后逐滴加入10 mol/l 氢氧化钠调节溶液pH到9。将沉淀用水清洗离心、烘干。研磨成粉末后加热到900 ℃，保温9 h后制备出异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
甲烷转化率达323μmol/g/h。
实施例2
首先利用5 g尿素和10 g硫尿在室温下以8 ℃/min加热到800 ℃，保温6 h后以30 ℃/min降温到室温制备出多孔的g-C3N4纳米片。然后硝酸铋的乙二醇溶液中加入g-C3N4纳米片并搅拌分散均匀，然后逐滴加入3 mol/l 氨水调节溶液pH到10。将沉淀用水清洗离心、烘干。研磨成粉末后加热到400 ℃，保温8 h后制备出异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
甲烷转化率达516μmol/g/h。
实施例3
首先利用150 g三聚氰胺和50 g尿素在室温下以8 ℃/min加热到600 ℃，保温3 h后以5 ℃/min降温到室温制备出多孔的g-C3N4纳米片。然后碳酸铋的丙三醇溶液中加入g-C3N4纳米片并搅拌分散均匀，然后逐滴加入10 mol/l 氢氧化钾调节溶液pH到12。将沉淀用水清洗离心、烘干。研磨成粉末后加热到800 ℃，保温5 h后制备出异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
甲烷转化率达364μmol/g/h。
实施例4
首先利用20 g双氰胺和10 g尿素在室温下以7 ℃/min加热到700 ℃，保温6 h后以30℃/min降温到室温制备出多孔的g-C3N4纳米片。然后氯化铋的乙二醇溶液中加入g-C3N4纳米片并搅拌分散均匀，然后逐滴加入15 mol/l 氢氧化钠调节溶液PH到11。将沉淀用水清洗离心、烘干。研磨成粉末后加热到1200 ℃，保温6 h后制备出异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
甲烷转化率达373μmol/g/h。
实施例5
首先利用10 g三聚氰胺和5 g硫尿在室温下以15 ℃/min加热到800 ℃，保温7 h后以50 ℃/min降温到室温制备出多孔的g-C3N4纳米片。然后硫酸铋的丙二醇溶液中加入g-C3N4纳米片并搅拌分散均匀，然后逐滴加入1 mol/l NH3∙H2O调节溶液PH到10。将沉淀用水清洗离心、烘干。研磨成粉末后加热到700 ℃，保温8 h后制备出异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
甲烷转化率达394μmol/g/h。
氮化碳化学性质稳定、制备方法简单、廉价、绿色无污染，其特有的带隙结构使其在光催化降解有机物，全面分解水，二氧化碳还原成碳氢燃料上均有广泛应用。其石墨相的层状结构在制备大面积异质结的复合材料上有独特的优势。但是作为非金属的光催化剂g-C3N4表面相对于无极金属化合物缺少化学反应活性点，导致了光生电子空穴更倾向于在内部复合而不愿意迁移到光催化剂的表面上参与反应。同时在制备复合材料是非金属的光催化剂g-C3N4与无极金属化合物直接形成的都是范德瓦尔斯力的异质结，这种异质结在促进载流子分离的能力上明显要弱于离子键或者共价键的异质结。
本发明通过合理设置温度成功地实现了Bi12O17Cl2/g-C3N4复合材料异质结界面处的掺杂，从而实现了由范德瓦尔斯力的异质结向离子键的异质结的转变。极大地促进了光生电子空穴对的产生和分离，在可见光下实现了超级的还原二氧化碳为碳氢燃料的能力。同时，匹配的带隙结构通过控制载流子的流向实现了把二氧化碳选择性地转化为甲烷和提高了循环使用过程中的稳定性。本发明合成方法简单，原料成本低廉，性能极佳，十分具有产业化的前景。
本发明所公开的实施例只是对本发明的技术方案的解释，不能作为对本发明内容的限制，本领域技术人员在本发明基础上的简单变更，依然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种异质结界面掺杂复合光催化剂, 是指异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的异质结界面掺杂复合光催化剂，其特征在于：所述Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂使二氧化碳在太阳光的可见光照射下持续转化为甲烷。
3.根据权利要求1所述的异质结界面掺杂复合光催化剂，其特征在于：所述Bi12O17Cl2与g-C3N4质量比为0.02～4:1。
4.根据权利要求1所述的异质结界面掺杂复合光催化剂，其制备方法，步骤如下：
步骤一、利用胺类有机物在一定温度和保温时间下热聚制备出多孔的g-C3N4纳米片；
步骤二、在铋盐的醇溶液中利用多孔的g-C3N4纳米片为基底通过碱溶液调控pH值使Bi12O17Cl2充分地生长在g-C3N4纳米片上；
步骤三、将沉淀用水清洗离心、烘干，研磨成粉末后通过一定的温度和保温时间，利用热扩散合成异质结界面掺杂的Bi12O17Cl2/g-C3N4复合光催化剂。
5.根据权利要求4所述的异质结界面掺杂复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述胺类有机物为三聚氰胺、单氰胺、双氰胺、硫脲和尿素中的一种或多种组合。
6.根据权利要求4所述的异质结界面掺杂复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述铋盐为硝酸铋、次硝酸铋、氯化铋、羧酸铋、碳酸铋、硫酸铋中的一种或多种组合。
7.根据权利要求4所述的异质结界面掺杂复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述醇溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种组合。
8.根据权利要求4所述的异质结界面掺杂复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水中的一种或多种组合。
9.根据权利要求4所述的异质结界面掺杂复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述碱溶液的浓度1～10 mol/l，pH的调控范围是9～14。
10.根据权利要求4所述的异质结界面掺杂复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中加热反应的温度为100～1000℃，加热反应的时间为4～48h；所述步骤三中加热反应的温度为200℃～1200℃，加热反应的时间为12～36h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710625251.2A CN107308978B (zh) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710625251.2A CN107308978B (zh) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107308978A true CN107308978A (zh) | 2017-11-03 |
| CN107308978B CN107308978B (zh) | 2020-04-10 |
Family
ID=60170023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710625251.2A Expired - Fee Related CN107308978B (zh) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107308978B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109594100A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-09 | 东华大学 | 一种C3N4负载Cu/Sn合金材料及其制备和应用 |
| CN110639564A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 江苏大学 | 一种多壳中空立方体异质结光催化剂及制备方法和应用 |
| CN111604065A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-09-01 | 延安大学 | 一种富铋型二维纳米卤氧化铋基光催化剂的制备方法 |
| CN115837284A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-03-24 | 常州大学 | 用于降解四环素的多孔GCN/Bi12O17Br2复合光催化剂的制备方法及其应用 |
| JP2023097324A (ja) * | 2021-12-27 | 2023-07-07 | 河北科技大学 | 酸素空孔に富むアルミナ系ヘテロ接合材料及びその調製方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102553620A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-07-11 | 华中师范大学 | 可见光光催化剂Bi12O17Cl2及其制备方法 |
| CN104383944A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 青岛科技大学 | 一种具有叠层片微结构的可见光光催化剂Bi12O17Cl2及其制备方法 |
| CN104549406A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-29 | 华南理工大学 | 一种g-C3N4/铋系氧化物复合可见光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN106944104A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-07-14 | 重庆师范大学 | BiOCl/Bi12O17Cl2@AgCl异质结可见光催化剂及其制备方法和应用 |
-
2017
- 2017-07-27 CN CN201710625251.2A patent/CN107308978B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102553620A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-07-11 | 华中师范大学 | 可见光光催化剂Bi12O17Cl2及其制备方法 |
| CN104383944A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 青岛科技大学 | 一种具有叠层片微结构的可见光光催化剂Bi12O17Cl2及其制备方法 |
| CN104549406A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-29 | 华南理工大学 | 一种g-C3N4/铋系氧化物复合可见光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN106944104A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-07-14 | 重庆师范大学 | BiOCl/Bi12O17Cl2@AgCl异质结可见光催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CHANGJIANG BI: "Enhanced photocatalytic activity of Bi12O17Cl2 through loading Pt quantum dots as a highly efficient electron capturer", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 * |
| WENWEN LIU ET AL: "Constructing 2D BiOCl/C3N4 layered composite with large contact surface for visible-light-driven photocatalytic degradation", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 * |
| 何志桥 等: "BiOCl/g-C3N4 异质结催化剂可见光催化还原CO2", 《化工学报》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109594100A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-09 | 东华大学 | 一种C3N4负载Cu/Sn合金材料及其制备和应用 |
| CN110639564A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 江苏大学 | 一种多壳中空立方体异质结光催化剂及制备方法和应用 |
| CN110639564B (zh) * | 2019-09-30 | 2022-09-13 | 江苏大学 | 一种多壳中空立方体异质结光催化剂及制备方法和应用 |
| CN111604065A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-09-01 | 延安大学 | 一种富铋型二维纳米卤氧化铋基光催化剂的制备方法 |
| JP2023097324A (ja) * | 2021-12-27 | 2023-07-07 | 河北科技大学 | 酸素空孔に富むアルミナ系ヘテロ接合材料及びその調製方法 |
| JP7427270B2 (ja) | 2021-12-27 | 2024-02-05 | 河北科技大学 | 酸素空孔に富むアルミナ系ヘテロ接合材料及びその調製方法 |
| CN115837284A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-03-24 | 常州大学 | 用于降解四环素的多孔GCN/Bi12O17Br2复合光催化剂的制备方法及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107308978B (zh) | 2020-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107308978A (zh) | 一种异质结界面掺杂复合光催化剂及制备方法 | |
| Wang et al. | Monoclinic β-AgVO3 coupled with CdS formed a 1D/1D p–n heterojunction for efficient photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN105688945B (zh) | MoS2纳米片/CdS纳米线核壳结构复合光催化剂 | |
| Raja et al. | Facile synthesis of sphere-like structured ZnIn2S4-rGO-CuInS2 ternary heterojunction catalyst for efficient visible-active photocatalytic hydrogen evolution | |
| Chen et al. | Recent advances in the utilization of copper sulfide compounds for electrochemical CO2 reduction | |
| CN108043436A (zh) | 碳化钼/硫铟锌复合光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN106362774B (zh) | 一种1D/2D垂直状CdS/MoS2产氢催化剂的制备方法 | |
| CN102671683B (zh) | 一种纳米片自组装C掺杂(BiO)2CO3微球可见光催化剂的制备方法 | |
| CN101767021B (zh) | 一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法 | |
| CN102407147A (zh) | ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂的制备方法与应用 | |
| CN110252346B (zh) | 一种MoS2/SnS2/r-GO复合光催化剂的制备方法与用途 | |
| Yu et al. | NiO nanoparticles dotted TiO2 nanosheets assembled nanotubes PN heterojunctions for efficient interface charge separation and photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN102125858B (zh) | 一种p-CuO/n-CdS/ZnS复合半导体光催化剂的制备方法 | |
| CN106865624B (zh) | 一种硫化钴材料、制备方法及其用途 | |
| CN109746011A (zh) | 一种mof基衍生的复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN106622322A (zh) | 一种以双金属纳米粒子为异质结的二维纳米片复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN103638950A (zh) | 一种CuS纳米片光催化材料及制备方法 | |
| CN107282070A (zh) | 一种三维花片状硫铟锌微‑纳米线阵列及其制备方法和应用 | |
| CN104959153A (zh) | 光催化产氢助剂、光催化剂及光催化剂的制备方法和应用 | |
| CN106582876B (zh) | 金属或类金属修饰的硫锌镉-乙二胺光催化剂及制备方法 | |
| CN111437884A (zh) | 一种复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN111420664A (zh) | 一种片状氧化亚铜/氧化亚钴纳米复合材料的制备方法及其在催化氨硼烷水解产氢上的应用 | |
| CN103400699A (zh) | 一种量子点修饰ZnO纳米棒阵列电极及其制备方法 | |
| CN102886279A (zh) | 在纳米二氧化钛表面负载金属纳米粒子的制备方法 | |
| CN109201090A (zh) | 碲化铋改性BiOCl形成光响应型花状催化剂的制备方法及其还原固氮产氨的应用 |
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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200410 Termination date: 20210727 |