CN110947405B - 一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110947405B CN110947405B CN201911088916.6A CN201911088916A CN110947405B CN 110947405 B CN110947405 B CN 110947405B CN 201911088916 A CN201911088916 A CN 201911088916A CN 110947405 B CN110947405 B CN 110947405B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- regular arrangement
- nanotube
- nanotube catalyst
- nitrogen
- catalyst
- 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
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 claims abstract description 21
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 claims abstract description 21
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 15
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 6
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N Cyanamide Chemical compound NC#N XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 29
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 29
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 29
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- -1 carbon nitrides Chemical class 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000000627 alternating current impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- ZIPLUEXSCPLCEI-UHFFFAOYSA-N cyanamide group Chemical group C(#N)[NH-] ZIPLUEXSCPLCEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005232 molecular self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide 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
- 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
-
- 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
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- 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
-
- 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
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/13—Nanotubes
-
- 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)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种规则排列的g‑C3N4纳米管催化剂及其制备方法。其技术方案是：以30～80wt％的乙酸铵和20～70wt％的含氮有机物为原料，混合均匀，得到混合料；再将混合料以2～6℃/min的速率升温至500～600℃，保温2～6h，随炉冷却至室温，得到烧成料；然后将烧成料用去离子水清洗，过滤，过滤后的滤渣在50～100℃条件下干燥20～24h，制得规则排列的g‑C3N4纳米管催化剂。所述乙酸铵的纯度为96～99.5％；含氮有机物为氰胺、硫脲、尿素、三聚氰胺中的一种，所述含氮有机物纯度为96～99％。本发明具有工艺简单和生产成本低的特点；所制备的规则排列的g‑C3N4纳米管催化剂具有比表面积大、电荷转移性能良好和光催化分解水制氢性能优异的特点。
Description
技术领域
本发明属于有机聚合物光半导体光催化技术领域。具体涉及一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法。
背景技术
太阳能作为最大的可再生能源，被认为是解决能源危机、实现可持续发展的有效解决方案。太阳能光解水制氢是实现太阳能制氢的重要反应之一，基于光半导体的光催化技术被认为是实现太阳能解水制氢的最直接和最绿色的技术，相对于传统的过渡金属氧化物(如TiO2、ZnO等)，聚合物光半导体由于本身就能吸收可见光而被广泛关注。
近年来，以石墨相氮化碳(g-C3N4)为代表的聚合物光半导体直接作为光催化剂的研究报导急剧增长，在光催化领域，原始g-C3N4虽具有制备工艺简单、良好的稳定性和合适的导带价带位置等优点。但由于g-C3N4的比表面积低、电荷转移性能差等缺点，使其表现出的光催化分解水制氢性能较差。
目前，人们根据不同的理论研究开发了多种合成低维氮化碳材料的方法：模板法(Zheng Y,Lin L,Ye X,et al.Helical graphitic carbon nitrides withphotocatalytic and optical activities.Angewandte Chemie,2015,53(44):11926-11930.)；分子自组装法(Fukasawa Y,Takanabe K,Shimojima A,et al.Synthesis ofordered porous graphitic-C3N4 and regularly arranged Ta3N5 nanoparticles byusing self-assembled silica nanospheres as a primary template.Chem Asian J,2011,6(1):103-109.)；液相剥离法(Wang W,Yu J C,Shen Z,et al.g-C3N4 quantum dots:direct synthesis,upconversion properties and photocatalyticapplication.Chemical Communications,2014,50(70):10148-10150.)。上述方法虽各有优点，但都都存在一些缺点，如工艺过程复杂和生产成本高等。
在理论上，低维g-C3N4中纳米管被认为是理想的改善载流子迁移性能的形貌，然而易团聚是纳米管普遍存在的问题，制备规则排列的纳米管虽是解决这一问题的有效方法。但目前为止还没有关于制备规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的报导。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单和生产成本低的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的制备方法；用该方法制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂比表面积大、电荷转移性能良好和光催化分解水制氢性能优异。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以30～80wt％的乙酸铵和20～70wt％的含氮有机物为原料，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料以2～6℃/min的速率升温至500～600℃，保温2～6h，随炉冷却至室温，得到烧成料；然后将所述烧成料用去离子水清洗，过滤，过滤后的滤渣在50～100℃条件下干燥20～24h，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
所述乙酸铵的纯度为96～99.5％。
所述含氮有机物为氰胺、硫脲、尿素、三聚氰胺中的一种；所述含氮有机物纯度为96～99％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明以乙酸铵和含氮有机物为原料，混合均匀，再于500～600℃保温，随炉冷却，出炉清洗，过滤，干燥，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。本发明一步原位合成，不需要第二次加工处理，工艺简单，且节约资源和环境友好。
本发明采用的原料是乙酸铵与氰胺、硫脲、尿素、三聚氰胺中的一种，原料廉价易得，生产成本低。
本发明以乙酸铵为表面活性剂，表面活性剂在液相反应中常被用于构筑低维度材料(纳米片和纳米管等)和诱导分子有序排列。在含氮化合物和乙酸铵熔点较低，熔融形成的液相中乙酸铵辅助构筑g-C3N4纳米管的同时诱导纳米管发生规则排列。本发明制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂，有效地缓解了纳米管易团聚的问题，使其具有大的比表面积。此外，由于纳米管在纵向态密度能量远高于横向态密度能量，电荷能快速的沿纵向转移，从而有效的优化了电荷转移性能，所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂具有优异的光催化解水制氢性能。
本发明制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂经光催化分解水制氢测试：氢气产生率为65～75μmolh-1。
因此，本发明具有工艺简单和生产成本低的特点；所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂具有比表面积大、电荷转移性能良好和光催化分解水制氢性能优异的特点。
附图说明
图1为本发明制备的一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的SEM照片；
图2为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的XRD图谱；
图3为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的TEM照片；
图4为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的氮气吸-脱附曲线及孔径分布曲线；
图5为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的交流阻抗谱；
图6为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的光致发光光谱；
图7为本发明采用4中不同的含氮有机物合成的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的光催化分解水制氢效率图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述乙酸铵的纯度为96～99.5％。
所述含氮有机物纯度为96～99％。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以30～50wt％的乙酸铵和50～70wt％的含氮有机物为原料，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料以2～4℃/min的速率升温至500～540℃，保温2～4h，随炉冷却至室温，得到烧成料；然后将所述烧成料用去离子水清洗，过滤，过滤后的滤渣在50～70℃条件下干燥20～24h，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
所述含氮有机物为氰胺。
本实施例制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂经光催化分解水制氢测试：氢气产生率为67～74μmolh-1。
实施例2
一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以40～60wt％的乙酸铵和40～60wt％的含氮有机物为原料，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料以3～5℃/min的速率升温至520～560℃，保温3～5h，随炉冷却至室温，得到烧成料；然后将所述烧成料用去离子水清洗，过滤，过滤后的滤渣在60～80℃条件下干燥20～24h，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
所述含氮有机物为硫脲。
本实施例制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂经光催化分解水制氢测试：氢气产生率为65～71μmolh-1。
实施例3
一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以50～70wt％的乙酸铵和30～50wt％的含氮有机物为原料，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料以3.5～5.5℃/min的速率升温至540～580℃，保温3.5～5.5h，随炉冷却至室温，得到烧成料；然后将所述烧成料用去离子水清洗，过滤，过滤后的滤渣在70～90℃条件下干燥20～24h，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
所述含氮有机物为尿素。
本实施例制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂经光催化分解水制氢测试：氢气产生率为69～75μmolh-1。
实施例4
一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以60～80wt％的乙酸铵和20～40wt％的含氮有机物为原料，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料以4～6℃/min的速率升温至560～600℃，保温4～6h，随炉冷却至室温，得到烧成料；然后将所述烧成料用去离子水清洗，过滤，过滤后的滤渣在80～100℃条件下干燥20～24h，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
所述含氮有机物为三聚氰胺。
本实施例制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂经光催化分解水制氢测试：氢气产生率为68～74μmolh-1。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式以乙酸铵和含氮有机物为原料，混合均匀，再于500～600℃保温，随炉冷却，出炉清洗，过滤，干燥，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。本发明一步原位合成，不需要第二次加工处理，工艺简单，且节约资源和环境友好。
本具体实施方式采用的原料是乙酸铵与氰胺、硫脲、尿素、三聚氰胺中的一种，原料廉价易得，生产成本低。
本具体实施方式以乙酸铵为表面活性剂，表面活性剂在液相反应中常被用于构筑低维度材料(纳米片和纳米管等)和诱导分子有序排列。在含氮化合物和乙酸铵熔点较低，熔融形成的液相中乙酸铵辅助构筑g-C3N4纳米管的同时诱导纳米管发生规则排列。本具体实施方式制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂，有效地缓解了纳米管易团聚的问题，使其具有大的比表面积。此外，由于纳米管在纵向态密度能量远高于横向态密度能量，电荷能快速的沿纵向转移，从而有效的优化了电荷转移性能，所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂具有优异的光催化解水制氢性能。
本具体实施方式制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂如附图所示：图1为实施例1制备的一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的SEM照片；图2为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的XRD图谱；图3为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的TEM照片；图4为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的氮气吸-脱附曲线及孔径分布曲线；图5为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的交流阻抗谱；图6为图1所示的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的光致发光光谱。从图1、图2和图3可以看出：所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的纳米管直径为27～30nm，纳米管管壁厚度为6～7nm；从图4可以看出：制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂具有大的比表面积，比表面积为157.4m2·g-1；从图5和图6可以看出：制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂具有良好的电荷转移性能。
图7是实施例1、实施例2、实施例3和实施例4分别制备的一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的光催化分解水制氢效率图，从图7可以看出，所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的氢气产生率依次为70μmolh-1、69μmolh-1、71μmolh-1、70μmolh-1，而原始g-C3N4的氢气产生率依次为20μmolh-1。由此可知，所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂具有优异的光催化分解水制氢性。
本具体实施方式制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂经光催化分解水制氢测试：氢气产生率为65～75μmolh-1。
本具体实施方式所述光催化分解水制氢测试的方法是：
取30mg规则排列的g-C3N4纳米管催化剂分散于40mL体积比为3∶1的水和乙醇的混合溶液中，再滴加30μL氯铂酸水溶液(1g/50mL)，然后通入30min N2以去除氧气。密封，用300W的汞灯照射3h，以10000rpm的转速离心5min；对得到的沉淀物进行冷冻干燥，冷冻干燥后的粉末即为负载了2wt％Pt的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
取25mg负载了2wt％Pt的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂分散于40mL体积比为3∶1的水和乙醇的混合溶液中，再通入N2 30min以去除氧气。密封，用配备有紫外线截止滤光器(λ≥420nm)的350W Xe灯照射3h，然后用取样针取容器中气体，手动注射至气相色谱中，即可检测到氢气的产生率。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和生产成本低的特点；所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂具有比表面积大、电荷转移性能良好和光催化分解水制氢性能优异的特点。
Claims (4)
1.一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法是：以30～80wt％的乙酸铵和20～70wt％的含氮有机物为原料，混合均匀，得到混合料；再将所述混合料以2～6℃/min的速率升温至500～600℃，保温2～6h，随炉冷却至室温，得到烧成料；然后将所述烧成料用去离子水清洗，过滤，过滤后的滤渣在50～100℃条件下干燥20～24h，制得规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
2.根据权利要求1所述的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的制备方法，其特征在于所述乙酸铵的纯度为96～99.5％。
3.根据权利要求1所述的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的制备方法，其特征在于所述含氮有机物为氰胺、硫脲、尿素、三聚氰胺中的一种；所述含氮有机物纯度为96～99％。
4.一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂，其特征在于所述规则排列的g-C3N4纳米管催化剂是根据权利要求1～3项中任一项所述的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂的制备方法所制备的规则排列的g-C3N4纳米管催化剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911088916.6A CN110947405B (zh) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | 一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911088916.6A CN110947405B (zh) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | 一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110947405A CN110947405A (zh) | 2020-04-03 |
| CN110947405B true CN110947405B (zh) | 2023-07-28 |
Family
ID=69977181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911088916.6A Active CN110947405B (zh) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | 一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110947405B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113060710B (zh) * | 2021-03-19 | 2022-08-02 | 内蒙古科技大学 | 一种在煤矸石中提取石墨相氮化碳的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008138269A1 (fr) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Nanjing University | Nanotube de nitrure de carbone chargé avec un catalyseur d'électrode à nanoparticules de platine et de ruthénium et sa préparation |
| JP2009022826A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-05 | Ehime Prefecture | 可視光応答型光触媒の製造方法、および光触媒担持構造体 |
| CN104362412A (zh) * | 2014-09-22 | 2015-02-18 | 广州大学 | 一种ZnO/g-C3N4纳米复合材料及其制备方法 |
| CN104772157A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-07-15 | 华东理工大学 | 一种g-C3N4表面生长TiO2纳米晶的方法与应用 |
| WO2018113485A1 (zh) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | 华南理工大学 | 一种高功率密度的质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 |
| CN109261191A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-01-25 | 武汉科技大学 | 一种石墨相氮化碳泡沫光催化材料及其制备方法 |
| CN109317180A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-02-12 | 中国人民大学 | 一种可工业化生产高性能光催化固氮g-C3N4/氧化物复合材料的制备方法 |
| WO2019150000A1 (en) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | Wmz - Nanosurfaces Oy | Nanocomposites for photocatalytic water splitting using visible light and method for synthesis thereof |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9776162B2 (en) * | 2014-08-14 | 2017-10-03 | Council Of Scientific & Industrial Research | CuO—TiO2 nanocomposite photocatalyst for hydrogen production, process for the preparation thereof |
| CN104399509B (zh) * | 2014-12-08 | 2017-01-25 | 福州大学 | 一种无氢前驱体合成的氮化碳光催化剂 |
| 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 |
| CN106563481B (zh) * | 2016-10-08 | 2019-05-24 | 武汉理工大学 | 一种氨化的超薄石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 |
| CN108435228A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-08-24 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于硬模板法制备g-C3N4纳米管的工艺 |
| CN108584892A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 福州大学 | 一种晶相氮化碳纳米颗粒的制备方法及其应用 |
| CN109806901A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-28 | 江苏大学 | 一种中空管状g-C3N4光催化剂及制备方法及应用 |
| CN109999874A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-07-12 | 江苏大学 | 一种富氮氮化碳纳米管光催化剂及制备方法和应用 |
| CN110026219B (zh) * | 2019-04-22 | 2022-04-29 | 武汉科技大学 | 一种过渡金属掺杂g-C3N4粉体及其制备方法 |
-
2019
- 2019-11-08 CN CN201911088916.6A patent/CN110947405B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008138269A1 (fr) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Nanjing University | Nanotube de nitrure de carbone chargé avec un catalyseur d'électrode à nanoparticules de platine et de ruthénium et sa préparation |
| JP2009022826A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-05 | Ehime Prefecture | 可視光応答型光触媒の製造方法、および光触媒担持構造体 |
| CN104362412A (zh) * | 2014-09-22 | 2015-02-18 | 广州大学 | 一种ZnO/g-C3N4纳米复合材料及其制备方法 |
| CN104772157A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-07-15 | 华东理工大学 | 一种g-C3N4表面生长TiO2纳米晶的方法与应用 |
| WO2018113485A1 (zh) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | 华南理工大学 | 一种高功率密度的质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 |
| WO2019150000A1 (en) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | Wmz - Nanosurfaces Oy | Nanocomposites for photocatalytic water splitting using visible light and method for synthesis thereof |
| CN109317180A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-02-12 | 中国人民大学 | 一种可工业化生产高性能光催化固氮g-C3N4/氧化物复合材料的制备方法 |
| CN109261191A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-01-25 | 武汉科技大学 | 一种石墨相氮化碳泡沫光催化材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110947405A (zh) | 2020-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhou et al. | Template-free one-step synthesis of g-C3N4 nanosheets with simultaneous porous network and S-doping for remarkable visible-light-driven hydrogen evolution | |
| CN106563481B (zh) | 一种氨化的超薄石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
| WO2019113993A1 (zh) | 一种碳纳米管及其制备方法 | |
| CN104986742B (zh) | 一种类珠链状石墨化氮化碳纳米材料及其制备方法 | |
| CN108273541B (zh) | 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 | |
| US10479696B2 (en) | Method for preparing molybdenum oxide nanoparticles | |
| CN104941674A (zh) | 一种活性炭上负载磷化钴的催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107032326B (zh) | 一种固相催化制备螺旋状碳纳米管的方法 | |
| Liu et al. | Solvothermal synthesis, photoluminescence and photocatalytic properties of pencil-like ZnO microrods | |
| CN109326790B (zh) | 一种一维纳米线状钛酸钠及其制备方法和应用 | |
| CN108126728B (zh) | 一种g-C3N4/g-C3N4无金属同质异构结的制备方法及所得产品和应用 | |
| CN101891184A (zh) | 一种高温化学气相沉积法连续合成单壁碳纳米管的方法 | |
| Ou et al. | WO3· n H2O Crystals with Controllable Morphology/Phase and Their Optical Absorption Properties | |
| CN110947405B (zh) | 一种规则排列的g-C3N4纳米管催化剂及其制备方法 | |
| CN109529903B (zh) | 一种以水滑石为模板制备镍氮共掺杂碳材料的方法 | |
| CN107930611A (zh) | 一种碳点二氧化钛中空微球复合纳米催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN109133158B (zh) | 局部氧化的SnS2薄片的制备方法及其产品和用途 | |
| CN110394175B (zh) | 一种模板法制备铜掺杂介孔二氧化钛的方法及应用 | |
| CN108793267B (zh) | 一种MCo2O4纳米线的制备方法 | |
| KR100991013B1 (ko) | 질소 치환 티타니아 나노튜브 및 이의 제조방법 | |
| CN110668417A (zh) | 中空仙人掌状碳片-碳纳米管的制备方法 | |
| CN111036188B (zh) | 钛酸锶和碳量子点复合材料及其制备方法和应用 | |
| JP2015020936A (ja) | 酸化タンタルナノワイヤーの製造方法 | |
| CN110813375B (zh) | 一种超长空心链球状氮化碳光催化材料的制备方法及其应用 | |
| CN114289047A (zh) | 一种氢氧化钴/氮化碳光催化材料及其制备方法和应用 |
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 |