CN110127636B - 石墨相氮化碳及其制备方法、产氢光催化剂及其应用 - Google Patents
石墨相氮化碳及其制备方法、产氢光催化剂及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110127636B CN110127636B CN201810108351.2A CN201810108351A CN110127636B CN 110127636 B CN110127636 B CN 110127636B CN 201810108351 A CN201810108351 A CN 201810108351A CN 110127636 B CN110127636 B CN 110127636B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nitride
- graphite
- phase carbon
- hydrogen production
- thiosemicarbazide
- 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.)
- Active
Links
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title abstract description 65
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title abstract description 65
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 64
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title abstract description 16
- BRWIZMBXBAOCCF-UHFFFAOYSA-N hydrazinecarbothioamide Chemical compound NNC(N)=S BRWIZMBXBAOCCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 44
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 30
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 21
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000004298 light response Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- DUIOPKIIICUYRZ-UHFFFAOYSA-N semicarbazide Chemical compound NNC(N)=O DUIOPKIIICUYRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 150000004687 hexahydrates Chemical class 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
Images
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
- 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
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/0605—Binary compounds of nitrogen with carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
- C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种使用硫代氨基脲作为前驱体材料制备的新型石墨相氮化碳光催化剂,通过将硫代氨基脲直接在空气气氛中500‑600℃以上焙烧2‑4h即可获得新型的石墨相氮化碳。本发明首次使用硫代氨基脲这种材料成功制备出了石墨相氮化碳,制备出的新型石墨相氮化碳具有良好的可见光响应,光吸收能力强。硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳光还原载铂后产氢具有良好的可见光催化制氢活性,本发明可见光催化产氢速率达3124μmol h‑1gcat ‑1,在425nm处的量子效率为4.7%,而且具有良好的产氢稳定性。本发明操作简单,重复性好,为提高光催化分解水制氢效率和石墨相氮化碳的开发和应用提供了一种可靠的方案。
Description
技术领域
本发明属于氢能制备领域,特别涉及一种石墨相氮化碳及其制备方法和一种产氢光催化剂及其应用。
背景技术
随着现代社会的科学技术和工业化进程的飞速发展,能源的需求量越来越大,常规不可再生能源的快速消耗引发日益严重的能源危机,同时化石能源的开发和利用带来的环境污染问题也越来越严峻。为了解决能源短缺和环境污染这两大威胁人类生存和发展的难题,寻找可以替代常规能源的清洁无污染可再生能源被认为是解决这些问题的有效途径之一。可再生能源转化利用的基础理论研究,发展高效低成本的可再生能源的优质转化与规模化利用技术,已经成为目前我国能源技术领域的战略性目标。在所有的可再生能源中,太阳能和氢能的开发和利用一直是最受关注的技术热点。氢能是理想的二次能源,具有能量密度高,可储存,可运输,无污染等优点,把可再生能源尤其是太阳能转化为氢能,是解决能源与环境问题的理想途径。国际社会一直大力推动形成可持续发展的“氢气经济”,氢气经济形成的一个关键因素是获得廉价的氢能源,太阳能光催化分解水规模化制氢是最有希望规模化将太阳能转化为氢能的高新技术,同时也是低成本清洁无污染的环保性技术。太阳能光催化分解水生产清洁可再生的氢气能够将能量密度低、强度分布随时间地域变化显著的太阳能转化为能质比高、无污染的氢能储存,从而实现太阳能的有效利用,被认为是最有希望解决全球性能源危机和环境污染问题的方案之一,实现可见光条件下高效低成本大规模光催化分解水制氢的工业化应用是科学研究的最终方向。
光催化制备氢气的原理是:在一定能量光的照射下,半导体光催化剂受光激发产生电子和空穴对,然后电子迁移到催化剂表面将水还原为氢气,而空穴被制氢体系中加入的适当的廉价的牺牲剂所消耗。实现太阳能光催化分解水制氢的关键技术之一是寻找无毒、廉价、高效、稳定、能带合适的可见光光催化剂
根据现有的研究,在众多类型的光催化剂材料中,非金属聚合物半导体石墨型氮化碳(g-C3N4)材料具有合适的带隙和带边位置(带隙为2.7eV,具有可见光响应;能够提供足够的氧化电势和还原电势),具有良好的物理化学稳定性,具有独特的二维结构特性,能够在不同牺牲剂体系中分别实现光催化分解水产氢和产氧,在一定条件下可以实现完全分解水。石墨型氮化碳的前驱体材料(双氰胺,三聚氰胺,尿素,硫脲等)来源丰富廉价,制备方法简单,无毒,环境友好无重金属污染(只含C,N两种元素)等优点,因而满足低成本大规模应用的先决条件,因此石墨相氮化碳被认为是最理想的可见光催化剂之一而迅速成为研究热点。但现有材料制备的的光催化产氢效率较低,主要是因为石墨型氮化碳内部光生电子和空穴的快速符合率以及比表面积小等问题,为了更进一步提高g-C3N4的光催化效率,新型石墨型氮化碳的进一步开发和研究一直是一种提高光催化性能的有效手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳及其制备方法,该石墨相氮化碳具有良好的可见光响应,光吸收能力强。
本发明的目的还在于提供一种产氢光催化剂及其应用,该产氢光催化剂的具有较高的可见光催化产氢速率、较高的量子效率和良好的产氢稳定性。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种石墨相氮化碳的制备方法:将硫代氨基脲在空气或惰性气体氛围下中500~620℃焙烧2~5h,冷却后得到石墨相氮化碳。
优选地,在焙烧前,焙烧系统的升温速率为2~10℃/min。
优选地,所述冷却为自然冷却。
优选地,硫代氨基脲在灰分炉或管式炉内进行焙烧。
优选地,焙烧温度为520~600℃。
所述的制备方法制备的石墨相氮化碳。
一种产氢光催化剂,包括所述的石墨相氮化碳和负载在石墨相氮化碳上的贵金属,按照重量计,贵金属的负载量为0.1~10%。
优选地,所述贵金属为铂、金和钯中的一种或多种。
优选地,所述贵金属通过光还原法负载在石墨相氮化碳上。
所述的产氢光催化剂在光催化产氢反应中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明提供的石墨相氮化碳及其制备方法,该方法首次使用硫代氨基脲制备出石墨相氮化碳,所制得的石墨相氮化碳光吸收能力强,具有良好的可见光响应;硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳光还原载铂后具有良好的可见光催化制氢活性。该制备方法操作简单,重复性好,为提高光催化制氢效率以及石墨相氮化碳的开发和应用提供了一种可靠的方案。
本发明提供的产氢光催化剂及其应用,该产氢光催化剂为负载有重金属的石墨相氮化碳,石墨相氮化碳为通过硫代氨基脲焙烧而得。该产氢光催化剂具有良好的可见光催化制氢活性,可见光催化产氢速率达3124μmol h-1gcat -1,在425nm处的量子效率为4.7%,而且具有良好的产氢稳定性,能够提高光催化分解水制氢效率,在光催化产氢反应中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为是硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳的X射线衍射(XRD)图。
图2为硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳的傅里叶变换红外光谱(FTIR)图。
图3-1为硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳的紫外-可见吸收光谱(UV-vis)。
图3-2为实施例2中硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳的K-M关系图。
图4是硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳的透射电镜(TEM)照片。
图5-1、图5-2和图5-3是实施例2中硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳的X射线光电子能谱(XPS)图。
图6是硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳负载铂以后的可见光催化制氢速率图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1:
步骤1:称量2.0g硫代氨基脲,将其放置于坩埚中并加上盖子,随后将坩埚放在灰分炉内,设置程序5℃/min升温到520℃并保温4h,最后自然冷却得到的粉末材料,即是制备的新型石墨相氮化碳,命名为TCN-520。
步骤2:将步骤1制备的石墨相氮化碳粉末加入光催化分解水制氢的反应体系中,光还原法负载铂(负载3wt%的铂),进行光催化分解水制氢测试。具体步骤如下:
1)在容积为100mL的反应器中加入10.0mg石墨相氮化碳光催化剂,加入总体积为80mL的三乙醇胺含量为10vol%的水溶液作为牺牲剂;并加入0.425mL的铂含量为0.0007g/mL的六水合氯铂酸水溶液;
2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min,以除去体系中的氧气;
3)开磁力搅拌器,开氙灯电源;
4)光还原1h。
实施例2:
步骤1:称量2.0g硫代氨基脲,将其放置于坩埚中并加上盖子,随后将坩埚放在灰分炉内,设置程序5℃/min升温到550℃并保温4h,最后自然冷却得到的粉末材料即是制备的新型石墨相氮化碳,命名为TCN-550。
步骤2:将步骤1制备的石墨相氮化碳粉末加入光催化分解水制氢的反应体系中,光还原法负载铂(负载3wt%的铂),进行光催化分解水制氢测试。具体步骤如下:
1)在容积为100mL的反应器中加入10.0mg石墨相氮化碳,加入总体积为80mL的三乙醇胺含量为10vol%的水溶液作为牺牲剂;并加入0.425mL的铂含量为0.0007g/mL的六水合氯铂酸水溶液;
2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min,以除去体系中的氧气;
3)开磁力搅拌器,开氙灯电源;
4)光还原1h。
实施例3:
步骤1:称量2.0g硫代氨基脲,将其放置于坩埚中并加上盖子,随后将坩埚放在灰分炉内,设置程序5℃/min升温到600℃并保温4h,最后自然冷却得到的粉末材料即是制备的新型石墨相氮化碳,命名为TCN-600。
步骤2:将步骤1制备的石墨相氮化碳粉末加入光催化分解水制氢的反应体系中,光还原法负载铂(负载3wt%的铂),进行光催化分解水制氢测试。具体步骤如下:
1)在容积为100mL的反应器中加入10.0mg石墨相氮化碳,加入总体积为80mL的三乙醇胺含量为10vol%的水溶液作为牺牲剂;并加入0.425mL的铂含量为0.0007g/mL的六水合氯铂酸水溶液;
2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min,以除去体系中的氧气;
3)开磁力搅拌器,开氙灯电源;
4)光还原1h。
实施例4:
步骤1:称量2.0g硫代氨基脲,将其放置于坩埚中并加上盖子,随后将坩埚放在灰分炉内,设置程序2℃/min升温到620℃并保温2h,最后自然冷却得到的粉末材料即是制备的新型石墨相氮化碳。
步骤2:将步骤1制备的石墨相氮化碳粉末加入光催化分解水制氢的反应体系中,光还原法负载铂(负载3wt%的铂),进行光催化分解水制氢测试。具体步骤如下:
1)在容积为100mL的反应器中加入10.0mg石墨相氮化碳,加入总体积为80mL的三乙醇胺含量为10vol%的水溶液作为牺牲剂;并加入0.425mL的铂含量为0.0007g/mL的六水合氯铂酸水溶液;
2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min,以除去体系中的氧气;
3)开磁力搅拌器,开氙灯电源;
4)光还原1h。
实施例5:
步骤1:称量2.0g硫代氨基脲,将其放置于坩埚中并加上盖子,随后将坩埚放在灰分炉内,设置程序10℃/min升温到500℃并保温2h,最后自然冷却得到的粉末材料即是制备的新型石墨相氮化碳。
步骤2:将步骤1制备的石墨相氮化碳粉末加入光催化分解水制氢的反应体系中,光还原法负载铂(负载3wt%的铂),进行光催化分解水制氢测试。具体步骤如下:
1)在容积为100mL的反应器中加入10.0mg石墨相氮化碳,加入总体积为80mL的三乙醇胺含量为10vol%的水溶液作为牺牲剂;并加入0.425mL的铂含量为0.0007g/mL的六水合氯铂酸水溶液;
2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min,以除去体系中的氧气;
3)开磁力搅拌器,开氙灯电源;
4)光还原1h。
需要说明的是,本发明为了比较不同温度下制备的石墨相氮化碳的不同,而在负载Pt时选择了负载3%(w/w);根据公知的常识,为了不同的需求,Pt的负载浓度可以在0.1%~10%之间任意值,实现高效、稳定的光催化产氢。同样的,其他适宜的贵金属也可以负载到石墨相氮化碳上,作为产氢光催化剂。
根据本发明提供的实施例,本领域技术人员可以知晓,在通过硫代氨基脲制备石墨相氮化碳时,当反应温度在500~620℃之间,本领域技术人员可以制备出相应的石墨相氮化碳;当温度更高时,如620℃和650℃,所制备的石墨相氮化碳的碳化程度提高,结构发生变化,光催化性能降低,具有较低的负载助催化剂和用于光催化产氢的潜力。在改变硫代氨基脲焙烧的温度的同时,升温速率可以选择为2~10℃/min。
对实施例1~3所制备的石墨相氮化碳进行X射线衍射表征,结果展示在图1中。从图1中可以看出,所有的样品均有两个明显地特征峰,分别对应于石墨相氮化碳的(100)和(002)晶面。XRD结果说明了采用硫代氨基脲做原材料能够成功制备出石墨相氮化碳。
对实施例1~3所制备的石墨相氮化碳做傅里叶变换红外光谱表征,结果展示在图2中。结果显示,所有样品均表现出了石墨相氮化碳的特征峰,进一步证明了采用硫代氨基脲做原材料能够成功制备出石墨相氮化碳。
对实施例1~3所制备的石墨相氮化碳做紫外-可见吸收光谱(UV-vis)表征,结果展示在图3-1中。结果显示,该材料具有可见光响应且具有很强的可见光吸收能力,因此能够产生更多的光生载流子,提高光的利用率。对实施例2所制备的石墨相氮化碳做K-M关系图,结果展示在图3-2中。结果显示,550℃制备条件下硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳的带隙宽度为2.81eV。
对硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳进行透射电镜检测,照片展示在图4中,结果显示,硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳具有类似石墨烯状的片层结构。
对实施例2所制备的石墨相氮化碳做X射线光电子能谱分析,结果展示在图5-1、图5-2和图5-3中。
实施案例1-3得到石墨相氮化碳分别进行光还原载铂的可见光分解水产氢测试。可见光催化制氢速率结果展示在图6中,结果显示,550℃制得的催化剂的可见光催化制氢速率达3124μmol h-1gcat-1,在425nm处测得的的表观量子效率为4.7%(光催化产氢反应的表观量子效率AQW(%)计算公式为
本发明公开了一种使用硫代氨基脲作为前驱体材料制备的新型石墨相氮化碳光催化剂,通过将硫代氨基脲直接在空气气氛中500-600℃以上焙烧2-4h即可获得新型的石墨相氮化碳。本发明首次使用硫代氨基脲这种材料成功制备出了石墨相氮化碳,制备出的新型石墨相氮化碳具有良好的可见光响应,光吸收能力强。硫代氨基脲制备的石墨相氮化碳光还原载铂后产氢具有良好的可见光催化制氢活性,本发明可见光催化产氢速率达3124μmol h-1gcat -1,在425nm处的量子效率为4.7%,而且具有良好的产氢稳定性。本发明操作简单,重复性好,为提高光催化分解水制氢效率和石墨相氮化碳的开发和应用提供了一种可靠的方案。
Claims (5)
1.一种石墨相氮化碳的制备方法,其特征在于:将硫代氨基脲在空气或惰性气体氛围下500~620℃焙烧2~5h,冷却后得到石墨相氮化碳。
2.如权利要求1所述的石墨相氮化碳的制备方法,其特征在于,在焙烧前,焙烧系统的升温速率为2~10℃/min。
3.如权利要求1所述的石墨相氮化碳的制备方法,其特征在于,所述冷却为自然冷却。
4.如权利要求1所述的石墨相氮化碳的制备方法,其特征在于,硫代氨基脲在灰分炉或管式炉内进行焙烧。
5.如权利要求1所述的石墨相氮化碳的制备方法,其特征在于,焙烧温度为520~600℃。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810108351.2A CN110127636B (zh) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | 石墨相氮化碳及其制备方法、产氢光催化剂及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810108351.2A CN110127636B (zh) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | 石墨相氮化碳及其制备方法、产氢光催化剂及其应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110127636A CN110127636A (zh) | 2019-08-16 |
CN110127636B true CN110127636B (zh) | 2020-11-10 |
Family
ID=67567179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810108351.2A Active CN110127636B (zh) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | 石墨相氮化碳及其制备方法、产氢光催化剂及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110127636B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112499603B (zh) * | 2019-09-16 | 2022-12-02 | 中国科学院化学研究所 | 一种新型类石墨相氮化碳光催化材料及其制备方法和用途 |
CN110882714A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-03-17 | 吉林大学 | 卷曲状氮化碳薄片、制备方法及其在光催化分解水产氢中的应用 |
CN111203260B (zh) * | 2020-02-25 | 2022-10-25 | 广州中国科学院沈阳自动化研究所分所 | 一种单原子钯负载氮化碳催化剂及其制备和在去除no中的应用 |
CN111790423A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-20 | 江苏大学 | 非金属官能团边缘修饰的复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102502540A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-06-20 | 重庆工商大学 | 一种c3n4的制备方法 |
CN104415786A (zh) * | 2013-09-04 | 2015-03-18 | 安徽大学 | 微波加热快速制备类石墨结构氮化碳材料 |
CN105195191B (zh) * | 2015-07-20 | 2018-05-04 | 黑龙江大学 | 一种以超声辅助法合成片层g-C3N4与TiO2纳米棒复合材料的方法 |
CN105126893B (zh) * | 2015-08-31 | 2017-10-13 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种石墨相氮化碳材料、其制备方法和用途 |
CN105752953B (zh) * | 2016-01-29 | 2017-11-28 | 张家港市东大工业技术研究院 | 一种石墨相氮化碳的制备方法 |
CN106076383A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 江南大学 | 一种镍/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的简便制备方法 |
CN106395771A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 东华理工大学 | 一种石墨相氮化碳量子点的制备方法 |
CN106492872A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-03-15 | 重庆工商大学 | 一种提高石墨相氮化碳产量的制备方法 |
CN106622328A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 阜阳师范学院 | 一种光催化剂氧化石墨相氮化碳及其制备方法 |
CN107297217B (zh) * | 2017-06-01 | 2020-04-28 | 西安交通大学 | 一种多孔薄层石墨相氮化碳载铂光催化剂及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-02-02 CN CN201810108351.2A patent/CN110127636B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110127636A (zh) | 2019-08-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110127636B (zh) | 石墨相氮化碳及其制备方法、产氢光催化剂及其应用 | |
CN107297217B (zh) | 一种多孔薄层石墨相氮化碳载铂光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN110127635B (zh) | 石墨相氮化碳及其制备方法、产氢光催化剂及其应用 | |
WO2021232751A1 (zh) | 一种多孔CoO/CoP纳米管及其制备方法和应用 | |
CN113145138B (zh) | 热响应型复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN105618098A (zh) | 一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法 | |
CN112791730B (zh) | 一种z型纳米钒酸铜基复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN110116015B (zh) | 完全分解水的光催化剂及其制备方法和应用、光催化完全分解水的反应方法和催化混合液 | |
CN113265674A (zh) | 一种MOF衍生CoP析氢催化剂的制备方法 | |
CN113680372A (zh) | 一种石墨相氮化碳纳米片的热辅助制备方法及应用 | |
CN108543541B (zh) | 一种镍钴磷/氨基碳纳米管催化剂及其制备方法和应用 | |
CN113680366A (zh) | 一种石墨相氮化碳基复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN115069270B (zh) | 一种CuSAP/CdS光解水制氢催化剂及其制备方法 | |
CN115532298B (zh) | 一种双原子团簇光催化剂的制备方法 | |
CN109847753B (zh) | 一种多孔Co@C纳米材料及其制备方法和应用 | |
CN114931965B (zh) | 一种多孔石墨相氮化碳负载非贵金属铋催化剂、制备及其应用 | |
CN114976070B (zh) | 一种制备非贵金属-氮共掺杂多孔碳材料的方法及其应用 | |
CN113697783B (zh) | 一种多孔g-C3N4纳米薄片的制备方法及其应用 | |
CN112675832B (zh) | 一种二氧化碳还原有序介孔催化材料及其制备方法 | |
CN115090318A (zh) | 一种高比表面积分子间异质结氮化碳光催化剂的制备方法及其应用 | |
CN114558601A (zh) | 一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-C3N4管光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN113101946A (zh) | 一种NiMoO4基Z-型异质结光催化剂及制备与应用 | |
CN108927191B (zh) | 含氟石墨相碳化氮光催化剂及其制备方法 | |
CN113457696B (zh) | 磷和硫共修饰氧化亚钴的制备方法及在光催化分解水中的应用 | |
CN115608386B (zh) | 一种二维碳化钛磷化镍异质结的制备方法 |
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 |