CN110975933A - 一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110975933A CN110975933A CN201911413480.3A CN201911413480A CN110975933A CN 110975933 A CN110975933 A CN 110975933A CN 201911413480 A CN201911413480 A CN 201911413480A CN 110975933 A CN110975933 A CN 110975933A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- polytriazine
- imine
- zinc oxide
- ternary composite
- 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
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 112
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 title claims abstract description 53
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000011206 ternary composite Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 38
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 32
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 claims description 32
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 22
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 19
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 16
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 16
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N Cyanamide Chemical compound NC#N XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 9
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 7
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims description 4
- YASYEJJMZJALEJ-UHFFFAOYSA-N Citric acid monohydrate Chemical compound O.OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O YASYEJJMZJALEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 3
- 229960002303 citric acid monohydrate Drugs 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 229960001031 glucose Drugs 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000004298 light response Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000011218 binary composite Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- -1 poly (triazine imide Chemical class 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 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
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
- B01J31/06—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing polymers
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- 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
- B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
- B01J37/084—Decomposition of carbon-containing compounds into 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
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- 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)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用，制备时先将氰胺等前驱体、葡萄糖等碳源溶液、以及氯化锌和氯化钾按一定比例混合研磨均匀，在空气氛围中热聚合，经水洗除盐后即得碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化材料。本发明的制备方法快速简单，成本低廉，制备过程对环境友好，所制得的材料具有结晶度高，可见光响应范围宽等优点，其可见光催化性能较好，其光催化分解水制氢速率可达传统g‑C3N4材料的11倍。
Description
技术领域
本发明属于材料制备及光催化技术领域，具体涉及一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着能源危机的爆发，越来越多的清洁能源被开发利用，太阳能清洁能源一直是人们研究的热点，其中，光催化分解水制氢是将太阳能转化为清洁可利用的化学能的重要手段之一，探寻一种高效、稳定、可见光响应的半导体催化剂一直是这一领域的核心问题，石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种优良的半导体可见光催化剂，具有高效、稳定、可见光响应的特点，但是氮化碳存在结构缺陷(参见Chem. -Eur. J., 2007, 13: 4969；ACS Catal.2016, 6: 3921)，这些缺陷常常成为光生电子和空穴的复合中心，因此，提高氮化碳的结晶度，减少其缺陷，是提高其光催化活性的一种有效方法。
近几年，一种以LiCl/KCl熔盐为反应介质制备的新型氮化碳——聚三嗪亚胺(poly(triazine imide), PTI)(参见Chem. Eur. J., 2011, 17: 3213)因具有较高的结晶度而备受关注，但其光催化活性较低。而以KCl/ZnCl2为熔盐一步制备的氧化锌/聚三嗪亚胺异质结型氮化碳具有较高的可见光催化产氢活性 (参见Chem.Commun.,2016,52:13020)。但异质结型催化剂的异质界面上形成的势垒阻碍了光生载流子的迁移，导致光生电子-空穴对的复合率较高。另外，氧化锌/聚三嗪亚胺二元复合光催化剂也存在对可见光响应范围较窄的缺点。
碳材料作为一种固相电子介质有利于半导体催化剂中光生电子的传输，常用于异质结型光催化剂的构筑，从而提高光生载流子的分离效率。同时，碳的加入也有利于拓宽其对可见光响应范围，进而提升材料的光催化性能。目前，还未见关于碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合光催化剂的制备方法及相关应用的报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用，这种复合催化剂的制备方法简便、成本低廉、光催化性能良好。
本发明的技术方案为：一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，具体步骤为：
1）将碳源溶液，氮化碳前驱体与熔盐按比例混合，研磨混匀后转移至坩埚内；
2） 将盛有上述混合物的坩埚置于马弗炉中，在空气氛围中煅烧后自然降温至室温；
3）将坩埚中的固体混合物用60~90℃的热水洗涤并抽滤，除去盐后烘干得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂。
步骤1中，碳源溶液的溶质包括葡萄糖、抗坏血酸、一水合柠檬酸中的任意一种；碳源溶液的溶剂包括超纯水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种，碳源溶液的浓度为1.0~10.0 mg/mL。
步骤1中，氮化碳前驱体包括三聚氰胺、二氰二胺、单氰胺中的任意一种或多种的混合物。
步骤1中，熔盐为氯化钾与氯化锌的混合物，二者的质量比为1:0.5~2。
步骤1中，碳源、氮化碳前驱体与熔盐的质量比为0.001~0.01：1：5~20。
步骤2中，煅烧过程的升温速率为1.5~5℃/min，煅烧温度为450~550℃，煅烧的保温时间为2~8 h。
利用上述方法制备的碳/氧化锌/氮化碳三元复合可见光催化剂可应用于光催化领域，具体可应用在光催化分解水产氢气、光催化降解有机污染物、光催化还原二氧化碳、光催化杀菌方面，在作用于光催化分解水产氢气过程中效果显著。
本发明的有益效果是：
1. 本发明的制备方法快速简单、原料易得、成本低廉，所得可见光催化剂具有较高的结晶度、较大的比表面积和较宽的可见光响应范围，能实现光生载流子的快速迁移和分离，相比于已有的氧化锌/聚三嗪亚胺二元复合光催化剂和传统的g-C3N4，其光催化性能更优良；
2. 本发明的制备方法中，熔盐中的锌离子在高温下与空气接触，从而转变为氧化锌，因此氯化锌既作为熔盐介质，又作为产物中的氧化锌的前驱体，同时氧化锌是通过原位合成的方式负载在聚三嗪亚胺表面的，使得制备过程更为简便快捷；
3. 本发明制备的复合光催化剂中，碳的加入拓宽了体系的可见光响应范围，进一步提升了光生载流子的分离和迁移效率，进而提升了材料的光催化性能；
4. 本发明制备的复合光催化剂中，用于拓宽体系可见光响应的碳源选择性范围广，具有良好的可调控性和普适性；
5. 本发明的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺复合可见光催化剂高效、稳定，在光催化体系中可以方便地进行分离和重复利用，具有很高的实用价值和广泛的应用前景。
附图说明
图1为实例1制备的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的透射电子显微镜（TEM）图；
图2为实例1制备的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的X射线衍射（XRD）谱图；
图3为实例1制备的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）图；
图4为实例1制备的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）谱图；
图5是实例1、对比例1及对比例2制备的三种复合物的的可见光催化制氢的性能对比图，其中，a代表实施例1制备的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂，b代表对比例1制备的氧化锌/聚三嗪亚胺复合物，c代表对比例2制备的g-C3N4。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
实施例1：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向1.0 g 单氰胺、4.5 g 氯化钾和5.5 g 氯化锌的混合物中加入0.2 mL 10.0mg/mL的葡萄糖溶液（溶剂为超纯水）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率20%）。
所得碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的TEM谱图如图1所示，由图1可知，产物为结晶度较高的纳米级薄片。
其XRD谱图如图2所示，从图2可以发现在12.1°、21.0°和32.3°处分别出现三个归属于PTI（100）、（110）和（210）晶面的衍射峰。
其FT-IR谱图如图3所示，由图3可以看出，在1000-1700 cm-1处的吸收带归因于氮化碳三嗪环的碳氮双键和碳氮单键伸缩振动，在812 cm-1处的尖锐吸收峰归属于氮化碳三嗪环的弯曲振动。
其UV-Vis DRS谱图如图4所示，由图4可以看出，产物的吸收带边缘在485nm左右，且该光催化材料对400~800 nm的可见光有明显的吸收，表明该三元复合光催化材料能够较好地利用可见光。
实施例2：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向1.0 g 单氰胺、4.5 g 氯化钾和5.5 g 氯化锌的混合物中加入0.4 mL 10.0mg/mL的葡萄糖溶液（溶剂为乙醇）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率25%）。
实施例3：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向2.0 g 单氰胺、4.5 g 氯化钾和7.5 g 氯化锌的混合物中加入1.0 mL 10.0mg/mL的葡萄糖溶液（溶剂为超纯水）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率32%）。
实施例4：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向2.0 g 单氰胺、4.5 g 氯化钾和5.5 g 氯化锌的混合物中加入0.4 mL 10.0mg/mL的葡萄糖溶液（溶剂为N,N-二甲基甲酰胺）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温8 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率15%）。
实施例5：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向2.0 g 单氰胺、4.5 g 氯化钾和5.5 g 氯化锌的混合物中加入0.4 mL 10.0mg/mL的葡萄糖溶液（溶剂为超纯水）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温8 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率15%）。
实施例6：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向1.0 g单氰胺、4.5 g氯化钾和5.5 g氯化锌的混合物中加入0.4 mL 10.0mg/mL的抗坏血酸溶液（溶剂为超纯水）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率23%）。
实施例7：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向1.0 g单氰胺、4.5 g氯化钾和5.5 g氯化锌的混合物中加入0.4 mL 10.0mg/mL的一水合柠檬酸溶液（溶剂为超纯水）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率29%）。
实施例8：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向1.0 g二氰二胺、4.5 g氯化钾和5.5 g氯化锌的混合物中加入0.4 mL 10.0mg/mL的葡萄糖溶液（溶剂为超纯水）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率34%）。
实施例9：碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备
向1.0 g三聚氰胺、4.5 g氯化钾和5.5 g氯化锌的混合物中加入0.4 mL 10.0mg/mL的葡萄糖溶液（溶剂为超纯水）。于研钵中将上述混合物研磨混匀后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂（产率42%）。
对比例1：氧化锌/聚三嗪亚胺二元复合可见光催化剂的制备
于研钵中将1.0 g单氰胺、4.5 g氯化钾和5.5 g氯化锌研磨混匀，后转移至50 mL坩埚中。将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将坩埚中的固体混合物用大量热水（60~90℃）洗涤，除尽其中的盐，于60℃烘箱中烘干，得到氧化锌/聚三嗪亚胺二元复合可见光催化剂（产率20%）。
对比例2：g-C3N4光催化剂的制备
将单氰氨（2 g）置于50 mL 坩埚中，将此坩埚置于马弗炉中煅烧；升温速率为2.1℃/min，升温至520℃后保温4 h，然后自然降温至室温。将所得固体置于研钵中研磨至粉状，得到g-C3N4可见光催化剂（产率为40%）。
对实施例1、对比例1和对比例2制备的三种复合物进行分解水制氢的性能比较，结果如图5所示，由图5可知，在可见光下，碳/氧化锌/聚三嗪亚胺复合可见光催化剂分解水制氢速率达到1040 μmol·h-1·g-1，大约是对比例1中制得的氧化锌/聚三嗪亚胺二元复合可见光催化剂（340 μmol·h-1·g-1）的3.1倍，是对比例2中制得的传统g-C3N4（94 μmol·h-1·g-1）的11倍，说明本发明公开方法制备的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺复合可见光催化剂相对于现有技术中的光催化剂具有更高的可见光分解水制氢活性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (8)
1.一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
1）将碳源溶液、氮化碳前驱体与熔盐按比例混合，研磨混匀后转移至坩埚内；
2） 将盛有上述混合物的坩埚置于马弗炉中，在空气氛围中煅烧后自然降温至室温；
3）将坩埚中的固体混合物用60~90℃的热水洗涤并抽滤，除去盐后烘干得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂。
2.如权利要求1所述的一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，碳源溶液的溶质包括葡萄糖、抗坏血酸、一水合柠檬酸中的任意一种；碳源溶液的溶剂包括超纯水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种，碳源溶液的浓度为1.0~10.0 mg/mL。
3.如权利要求1所述的一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，氮化碳前驱体包括三聚氰胺、二氰二胺、单氰胺中的任意一种或多种的混合物。
4.如权利要求1所述的一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，熔盐为氯化钾与氯化锌的混合物，二者的质量比为1:0.5~2。
5.如权利要求1所述的一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，碳源、氮化碳前驱体与熔盐的质量比为0.001~0.01：1：5~20。
6. 如权利要求1所述的一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，煅烧过程的升温速率为1.5~5℃/min，煅烧温度为450~550℃，煅烧的保温时间为2~8 h。
7.如权利要求1-6中任一项所述的一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法制备的碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂。
8.如权利要求7所述的一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂在光催化领域的应用，其特征在于，该催化剂可用于光催化分解水产氢气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911413480.3A CN110975933B (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911413480.3A CN110975933B (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110975933A true CN110975933A (zh) | 2020-04-10 |
| CN110975933B CN110975933B (zh) | 2023-02-28 |
Family
ID=70079817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911413480.3A Active CN110975933B (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110975933B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112007683A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-01 | 江苏理工学院 | 全可见光谱响应的氮化碳基三元复合光催化剂及其制备 |
| CN114849685A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-05 | 同济大学 | 一种热解碳光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN114849685B (zh) * | 2022-05-05 | 2024-05-31 | 同济大学 | 一种热解碳光催化剂及其制备方法与应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104148047A (zh) * | 2014-08-31 | 2014-11-19 | 华东理工大学 | 一种碳掺杂氧化锌基可见光催化剂的宏量制备方法 |
| CN105268463A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-01-27 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮掺杂碳／氮化碳光催化剂材料及其一步合成方法 |
| CN106824250A (zh) * | 2017-03-16 | 2017-06-13 | 江苏理工学院 | 一种掺杂锌的氮化碳可见光催化剂及其制备方法和用途 |
| US20170240422A1 (en) * | 2014-08-21 | 2017-08-24 | The University Of Liverpool | Two-dimensional carbon nitride material and method of preparation |
| CN107552034A (zh) * | 2017-08-21 | 2018-01-09 | 信阳师范学院 | 一种简单、快速制备碳掺杂氧化锌纳米片的方法 |
| CN107626336A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-26 | 陕西科技大学 | 一种碳点/类石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN109603877A (zh) * | 2018-12-15 | 2019-04-12 | 福州大学 | 选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂的制备方法及应用 |
-
2019
- 2019-12-31 CN CN201911413480.3A patent/CN110975933B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170240422A1 (en) * | 2014-08-21 | 2017-08-24 | The University Of Liverpool | Two-dimensional carbon nitride material and method of preparation |
| CN104148047A (zh) * | 2014-08-31 | 2014-11-19 | 华东理工大学 | 一种碳掺杂氧化锌基可见光催化剂的宏量制备方法 |
| CN105268463A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-01-27 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮掺杂碳／氮化碳光催化剂材料及其一步合成方法 |
| CN106824250A (zh) * | 2017-03-16 | 2017-06-13 | 江苏理工学院 | 一种掺杂锌的氮化碳可见光催化剂及其制备方法和用途 |
| CN107552034A (zh) * | 2017-08-21 | 2018-01-09 | 信阳师范学院 | 一种简单、快速制备碳掺杂氧化锌纳米片的方法 |
| CN107626336A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-26 | 陕西科技大学 | 一种碳点/类石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN109603877A (zh) * | 2018-12-15 | 2019-04-12 | 福州大学 | 选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HUI ZHANG ET AL.: "A facile one-step synthesis of ZnO quantum dots modified poly(triazine imide) nanosheets for enhanced hydrogen evolution under visible light", 《CHEMICAL COMMUNICATION》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112007683A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-01 | 江苏理工学院 | 全可见光谱响应的氮化碳基三元复合光催化剂及其制备 |
| CN114849685A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-05 | 同济大学 | 一种热解碳光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN114849685B (zh) * | 2022-05-05 | 2024-05-31 | 同济大学 | 一种热解碳光催化剂及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110975933B (zh) | 2023-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108906111B (zh) | 自组装共聚氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN109012726B (zh) | 一种共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂的熔盐法制备方法及应用 | |
| CN107115884B (zh) | 一种g-C3N4/TiO2纳米线组装结构光催化剂 | |
| CN108067281B (zh) | 多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108993550B (zh) | 一种表面氧空位改性的溴氧铋光催化剂及其制备方法 | |
| CN109046425A (zh) | 一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO2/g-C3N4的制备方法 | |
| CN107185580B (zh) | 一种g-C3N4/ZnO纳米片多级异质结构光催化剂 | |
| CN110227532B (zh) | 一种溴化铅铯量子点/氮化碳纳米片光催化剂的制备方法 | |
| CN107983387B (zh) | 一种氮化碳/硒酸铋复合材料的制备方法与应用 | |
| CN109985618B (zh) | 一种H占据BiVO4-OVs的光催化材料、制备方法及其应用 | |
| CN106925304B (zh) | Bi24O31Br10/ZnO复合可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN112774715B (zh) | 一种钒酸铋高结晶氮化碳异质结光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN107098429B (zh) | 一种BiVO4/BiPO4复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113019396B (zh) | 一种核壳结构硫化铟镉@n-二氧化钛复合光催化剂的制备方法和应用 | |
| CN109622003B (zh) | 一种g-C3N4@g-C4N3复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111792629A (zh) | 一种制备红色晶化氮化碳的方法、红色晶化氮化碳及应用 | |
| CN114100647A (zh) | 一种富缺陷三维交联g-C3N4杂化二维Ti3C2MXene光催化剂的制备方法 | |
| CN112316969A (zh) | 一种N掺杂TiO2中空微球-BiOBr的光催化降解材料及制备方法 | |
| CN113967481B (zh) | 一种类球状MoP-HCCN复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN110975933B (zh) | 一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110639590A (zh) | 一种氮化碳/碳纳米复合光催化材料的制备方法及应用 | |
| CN113600225B (zh) | 一种异质结复合材料及其应用 | |
| CN113877556B (zh) | 羟基氧化铟/改性凹凸棒石光催化复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113289661B (zh) | 一种双极化位点共修饰氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
| CN113522273B (zh) | 一种富含氧空位三氧化钨的制备方法及其在光催化反应中的应用 |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231127 Address after: No. 9, East Qinghai Road, Yangtze River International Chemical Industry Park, Zhangjiagang, Wuxi City, Jiangsu Province, 215600 Patentee after: ZHANGJIAGANG FEIHANG TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: No. 1801, Zhongwu Avenue, Changzhou City, Jiangsu Province, 213011 Patentee before: JIANGSU University OF TECHNOLOGY |