CN108906099A - Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法 - Google Patents
Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及光催化剂的技术领域，尤其涉及一种Cu2S/g‑C3N4异质结光催化剂的制备方法。这种Cu2S/g‑C3N4异质结光催化剂的制备方法通过一步煅烧法直接制得Cu2S/g‑C3N4复合催化剂，将一定量硫氰酸亚铜与氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中煅烧，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g‑C3N4异质结光催化剂。这种Cu2S/g‑C3N4异质结光催化剂的制备方法通过一步煅烧法即可获得，制备工艺简单；具有较好的可见光响应能力，且异质结构有利于光生电子和空穴的分离，催化剂活性较高，在环保领域具有较高的实用价值和应用前景；异质结光催化剂原料易得、成本低、反应条件温和且对环境无污染，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化剂，尤其涉及一种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法。
背景技术
光催化技术作为一种环境污染治理的绿色技术，在环保领域发挥着越来越重要的作用，然而目前大多数半导体光催化剂都面临可见光响应不足、量子效率低等瓶颈。石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种完全非金属半导体，具有化学性质稳定、禁带宽度较窄、兼容性强等优点，使得它在光催化剂领域具有很大的发展潜力。然而单纯g-C3N4可见光催化降解污染物的效率并不高，这主要是由于其在光催化反应时表面生成的光生电子及空穴易复合，导致光量子效率不高。
Cu2S是一种过渡金属硫化物p型半导体材料，其禁带宽度约为1.2eV，具有较好的可见光响应能力，目前已被广泛应用于太阳能电池、催化剂、非线性光学材料等领域。然而在光催化降解污染物过程中，纳米Cu2S较窄的带隙结构容易使生成的电子-空穴对复合，导致光催化活性不高。目前合成Cu2S的方法主要有模板法、化学气相沉积法、溶剂热法、生物分子辅助法等，总体来说，反应过程较复杂，且反应条件苛刻。
将g-C3N4与Cu2S耦合形成异质结，不仅能拓宽g-C3N4的光谱响应范围，同时能够有效抑制单一催化剂在催化反应时光生电子和空穴复合的问题，提升催化剂的催化活性。现有技术中，复合光催化剂往往要通过多步反应获得，且反应原料复杂，操作难度大。因此，开发出制备工艺简单、易于实施的高效复合光催化材料具有重要意义。
发明内容
本发明旨在解决上述缺陷，提供一种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法。
为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法通过一步煅烧法直接制得Cu2S/g-C3N4复合催化剂，将一定量硫氰酸亚铜与氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中煅烧，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述异质结光催化剂中Cu2S和g-C3N4通过硫氰酸亚铜煅烧裂解制得，所述氯化铵作为反应抑制剂。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述硫氰酸亚铜与氯化铵的质量比为10~20：0.5~2.5。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述煅烧时间为3~6h，煅烧温度为400~600℃。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述煅烧在氮气气氛下进行。
本发明的有益效果是：这种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法通过一步煅烧法即可获得，制备工艺简单；具有较好的可见光响应能力，且异质结构有利于光生电子和空穴的分离，催化剂活性较高，在环保领域具有较高的实用价值和应用前景；异质结光催化剂原料易得、成本低、反应条件温和且对环境无污染，易于工业化生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为实施例3中制备的Cu2S/g-C3N4的XRD表征图；
图2为实施例3中制备的Cu2S/g-C3N4及g-C3N4紫外可见漫反射光谱图；
图3为实施例3中制备的Cu2S/g-C3N4与g-C3N4的光催化活性对比图。
具体实施方式
这种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法通过一步煅烧法直接制得Cu2S/g-C3N4复合催化剂，其特征在于：将一定量硫氰酸亚铜与氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中煅烧，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
所述异质结光催化剂中Cu2S和g-C3N4通过硫氰酸亚铜煅烧裂解制得，所述氯化铵作为反应抑制剂。
硫氰酸亚铜与氯化铵的质量比为10~20：0.5~2.5。
煅烧时间为3~6h，煅烧温度为400~600℃。
煅烧在氮气气氛下进行。
实施例1
一种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
将10g硫氰酸亚铜与0.5g氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中，在氮气氛围中，400℃条件下煅烧3h，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
实施例2
一种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
将12g硫氰酸亚铜与0.5g氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中，在氮气氛围中，450℃条件下煅烧4h，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
实施例3
一种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
将15g硫氰酸亚铜与0.6g氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中，在氮气氛围中，500℃条件下煅烧4h，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
为了对比本发明制备催化剂的催化活性，本说明书下文中，单纯g-C3N4为通过以下过程制得：将15g三聚氰胺置于管式炉中，500℃条件下煅烧4h，所得产物记为g-C3N4。
实施例4
一种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
将18g硫氰酸亚铜与0.6g氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中，在氮气氛围中，600℃条件下煅烧4h，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
性能测试实验，光催化降解实验：
以甲基橙为目标测试污染物，分别测量实施例1~4制备的Cu2S/g-C3N4对甲基橙的光催化降解能力：
取450mL浓度为30mg/L的甲基橙溶液，加入0.45g实施例1~4制备的Cu2S/g-C3N4光催化剂，恒温振荡1 h，待吸附达到平衡后，开启可见光源照射4h，进行光催化降解实验，待实验结束，取出溶液，并用高速离心机离心后，测定上清液中甲基橙的浓度，根据下式
（1）
求出去除率，（1）式中：R为去除率(%)，C0为溶液中甲基橙的初始浓度（mg/L），Ce为光催化反应后溶液中甲基橙的浓度（mg/L）。结果如表1所示；
表1为实施例1~4制得的Cu2S/ g-C3N4光催化剂对甲基橙的去除率：
由表中可以看出，各实施例制备的催化剂对溶液中甲基橙的去除率都较高，说明本发明所制备的Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂具有较好的光催化降解能力。
对实施例3制备的Cu2S/g-C3N4进行XRD表征分析
利用X射线衍射光谱对所制备的催化剂进行物相分析，图1为实施例3中制备的 Cu2S/g-C3N4的XRD表征图。从图中可以看出，所制得Cu2S/g-C3N4在2θ为13.1o 和27.5o出现了g-C3N4的（100）和（002）晶面（JCPDS No. 42-1461），同时在2θ为23.8o、32.3o、37.3o、38.6o、45.9o和48.4o出现了衍射峰，分别可归属为Cu2S的（102）、（103）、（104）、（110）、（108）和（116）晶面（JCPDS No. 33-0490）。XRD表征分析表明，本发明的制备方法成功制得了Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
对实施例3制备的Cu2S/g-C3N4及g-C3N4进行紫外可见漫反射表征分析
图2为实施例3中制备的Cu2S/g-C3N4和g-C3N4的紫外可见漫反射光谱图。从图中可以看出，单纯g-C3N4对可见光的吸收边缘在450nm处，而Cu2S/g-C3N4对可见光吸收明显红移，说明Cu2S的引入显著拓展了催化剂的可见光响应范围，有利于光生载流子的产生。
对实施例3制备的Cu2S/g-C3N4及g-C3N4进行光催化活性对比实验
分别取450mL浓度为30mg/L的甲基橙溶液，加入0.45g实施例3制备的Cu2S/g-C3N4和g-C3N4催化剂，恒温振荡1 h，待吸附达到平衡后，开启可见光源照射4h，进行光催化降解实验。从实验开始至实验结束，间隔一定时间取出溶液，并经高速离心机离心后，测定上清液中甲基橙浓度，根据实施例5中式（1）求出去除率，结果如图3所示。
从图3的结果可看出，在相同实验条件下，Cu2S/g-C3N4的光催化活性要明显优于单纯g-C3N4，对溶液中甲基橙的去除率分别为94.1%和50.8%，说明本发明制备的Cu2S/g-C3N4异质结催化剂具有较高的光催化活性。这主要是由于Cu2S的引入增强了催化剂的可见光响应能力，有利于光生载流子的产生，同时Cu2S与g-C3N4的异质结构促进了电子和空穴对的分离，从而提高了催化剂的活性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，通过一步煅烧法直接制得Cu2S/g-C3N4复合催化剂，其特征在于：将硫氰酸亚铜与氯化铵混合，将混合物研磨均匀后置于管式炉中煅烧，所得产物用蒸馏水洗涤后烘干，即得到Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂。
2.如权利要求1所述的Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述异质结光催化剂中Cu2S和g-C3N4通过硫氰酸亚铜煅烧裂解制得，所述氯化铵作为反应抑制剂。
3.如权利要求1所述的Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述硫氰酸亚铜与氯化铵的质量比为10~20：0.5~2.5。
4.如权利要求1所述的Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述煅烧时间为3~6h，煅烧温度为400~600℃。
5.如权利要求1所述的Cu2S/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述煅烧在氮气气氛下进行。
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