CN111298824B - 一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111298824B CN111298824B CN202010201277.6A CN202010201277A CN111298824B CN 111298824 B CN111298824 B CN 111298824B CN 202010201277 A CN202010201277 A CN 202010201277A CN 111298824 B CN111298824 B CN 111298824B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- tapb
- photocatalytic
- photocatalytic composite
- urea
- 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
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 69
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 45
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 23
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- QHQSCKLPDVSEBJ-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-tri(4-aminophenyl)benzene Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1C1=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 QHQSCKLPDVSEBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 21
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 8
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000178 monomer Substances 0.000 abstract description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 6
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 5
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 2
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000628 photoluminescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000001055 reflectance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 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
- 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
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用，所述材料为一种有机单体TAPB嫁接CN网络的g‑C3N4基光催化复合材料，能够提高材料的电子空穴分离率，改善g‑C3N4光催化性能；所述制备方法包括以下步骤：以尿素和TAPB为单体进行聚合反应，具体为：S1、将尿素与TAPB进行研磨；S2、将步骤S1得到的混合物在500℃‑600℃温度下煅烧3h‑6h；S3、将步骤S2得到的样品冷却至室温，再次研磨充分后即得。本发明通过TAPB嫁接CN网络结构，使得材料的π电子离域性增强，有利于光生电子的快速迁移，进而抑制光生载流子的快速复合，促进光催化性能的显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及光催化材料领域，具体涉及一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
光催化技术是一种利用光催化剂在光照条件下发生催化反应的技术，是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。21世纪以来，化石能源的过度使用导致了全球的能源危机和环境危机，因此建立清洁能源体系迫在眉睫。氢气作为一种可再生清洁能源在该体系中发挥着重要作用，不仅如此，其还可用于燃料电池，更能用于化工行业。而光解水制氢是一种将太阳能转化为可利用能源的重要方式，也是一种储存太阳能的有效方式。由于光解水的性能受到催化剂光生电荷转移、带隙结构和稳定性的直接影响，因此设计一种新型高效环保的光催化剂是提高制氢效率的关键。
类石墨氮化碳(Graphitic carbon nitride，g-C3N4)是一种二维片层结构的共轭聚合物，其性质稳定，与石墨结构相近。g-C3N4作为一种新型无金属聚合光催化剂，具有绿色、经济、稳定性好、光学性能和电子性能好等优点，在光催化领域受到了广泛的关注；g-C3N4目前可应用于光催化降解污染物、光解水制氢、光催化还原CO2和选择性有机合成反应。g-C3N4作为类石墨烯材料的典型代表，带隙为2.7eV，可以吸收可见光，其层与层之间以范德华力相连，具有较好的化学与热力学稳定性，此外还具有无毒、来源丰富、价格低廉，制备简单等特点。
氮化碳的带隙适合各种可见光催化的应用，但实际的应用受限于快速电荷载流子复合、低表面积和对可见光的有限吸收；对于纯相的g-C3N4本身存在很多缺点影响其光催化性能的提高，特别是具有较高的电子空穴复合率，严重限制其光催化效率；因而改善g-C3N4光催化性能，提高其电子空穴分离率一直是该领域研究的重点。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有新型、简单结构的类石墨氮化碳基(g-C3N4基)光催化复合材料，能够提高材料的电子空穴分离率，改善g-C3N4光催化性能。
本发明还提出了上述g-C3N4基光催化复合材料的制备方法。
本发明还提出了上述g-C3N4基光催化复合材料的应用。
根据本发明的第一方面实施例的g-C3N4基光催化复合材料，所述g-C3N4基光催化复合材料呈嫁接有TAPB的氮化碳网络结构。
根据本发明的第一方面实施例的g-C3N4基光催化复合材料，至少具有如下有益效果：该复合材料具有新颖的结构、电子空穴分离率高和的光催化效率良好的优点；该复合材料在石墨相碳化氮结构中引入了有机单体TAPB，TAPB嫁接于CN(氮化碳)网络结构后得到的复合材料，其π电子离域性增强，有利于光生电子的快速迁移；电子与空穴的复合率降低、电子空穴分离率提高，进而抑制了光生载流子的快速复合，促进了光催化产氢性能的显著提升。
根据本发明的一些实施例，所述TAPB在g-C3N4基光催化复合材料中的质量占比为0.001％～0.004％。
根据本发明的第二方面实施例的g-C3N4基光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：以尿素和TAPB为单体进行聚合反应得到所述g-C3N4基光催化复合材料。
根据本发明的第二方面实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：通过该制备方法制备g-C3N4基光催化复合材料能够改善g-C3N4光催化性能，提高材料的电子空穴分离率；该方法利用高温一步热聚法制得可见光响应的TAPB嫁接CN网络结构的g-C3N4基光催化材料，具有操作简单、反应效率高和制备材料性能好等优点。
优选地，所述聚合反应为热缩聚合法。热缩聚合法是通过富氮前驱体经过热解处理制备g-C3N4。该方法具有原材料便宜、制备过程简单、产物晶型较好的特点。
根据本发明的一些实施例，包括以下步骤：
S1、将尿素与TAPB进行研磨；
S2、将步骤S1得到的混合物在400℃-600℃煅烧温度下煅烧3h-6h后即得。
根据本发明的一些实施例，所述尿素与TAPB的质量比为10000：(1-4)。本发明通过TAPB嫁接CN网络结构，来制备可见光响应的g-C3N4基光催化复合材料，通过调整尿素和TAPB的比例，引起最终高聚物中TAPB在CN网络结构中发生变化，进而得到不同比例下的g-C3N4基光催化复合材料。
优选地，所述尿素与TAPB的质量比为10000:1、10000:2、10000:3或10000:4中的一种。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2中的温度为530℃-560℃。不同的前驱体的制备，热解温度存在差别。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S3中，通过程序升温过程到达煅烧温度，升温速率为5-15℃/min。
优选地，升温速率为8-12℃/min。
进一步优选地，升温速率为10℃/min。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2结束后还包括对步骤S2所得产物进行研磨处理的步骤。
优选地，所述研磨处理的具体操作为：将步骤S2得到的样品冷却至室温，再次研磨后即得。
根据本发明的第三方面实施例的g-C3N4基光催化复合材料的应用，所述g-C3N4基光催化复合材料在可见光下光分解水制氢反应的用途。
根据本发明的第三方面实施例的应用，至少具有以下有益效果：该材料用于光分解水制氢具有光催化效率高、制氢产率高和催化稳定性高等优点；从本发明的一些实施例可知，本发明制备的g-C3N4基光催化复合材料在产氢效率是常规g-C3N4材料的3-6倍。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1～5中合成g-C3N4基光催化复合材料的反应机理示意图；
图2为本发明测试例1中的紫外可见漫反射光谱的示意图；
图3为本发明测试例2中的光催化产氢速率的示意图；
图4为本发明测试例3中的光致发光光谱示意图；
图5为本发明测试例4中的光催化稳定性测试示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：提供一种有机单体TAPB(1,3,5-三(4-氨基苯基)苯)嫁接CN网络g-C3N4基光催化复合材料，能够提高材料的电子空穴分离率，改善g-C3N4光催化性能。
实施例1
一种g-C3N4基光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在常温条件下，称取20g尿素与2mg的TAPB在研磨钵中，将原料研磨至粉状颗粒混合均匀，获得二者混合物；
(2)混合物置于100ml带盖的氧化铝坩埚中，再将坩埚放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率逐渐升温至550℃，再在550℃恒温热4h；
(3)自然冷却至室温，将所得样品再次研磨充分。
通过上述步骤制备得到一种g-C3N4基光催化复合材料，样品命名为UCN-2TAPB。
实施例2
一种g-C3N4基光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在常温条件下，称取20g尿素与4mg的TAPB在研磨钵中，将原料研磨至粉状颗粒混合均匀，获得二者混合物；
(2)混合物置于100ml带盖的氧化铝坩埚中，再将坩埚放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率逐渐升温至550℃，再在550℃恒温热4h；
(3)自然冷却至室温，将所得样品再次研磨充分。
与实施例1相比，区别仅为TAPB的加入量为4mg，制备得到的样品命名为UCN-4TAPB。
实施例3
一种g-C3N4基光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在常温条件下，称取20g尿素与6mg的TAPB在研磨钵中，将原料研磨至粉状颗粒混合均匀，获得二者混合物；
(2)混合物置于100ml带盖的氧化铝坩埚中，再将坩埚放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率逐渐升温至550℃，再在550℃恒温热4h；
(3)自然冷却至室温，将所得样品再次研磨充分。
与实施例1相比，区别仅为TAPB的加入量为6mg，制备得到的样品命名为UCN-6TAPB。
实施例4
一种g-C3N4基光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在常温条件下，称取20g尿素与8mg的TAPB在研磨钵中，将原料研磨至粉状颗粒混合均匀，获得二者混合物；
(2)混合物置于100ml带盖的氧化铝坩埚中，再将坩埚放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率逐渐升温至550℃，再在550℃恒温热4h；
(3)自然冷却至室温，将所得样品再次研磨充分。
与实施例1相比，区别仅为TAPB的加入量为8mg，制备得到的样品命名为UCN-8TAPB。
实施例5
一种纯相g-C3N4光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
在常温条件下，称取20g尿素在研磨钵中；将尿素研磨至粉状颗粒置于100ml带盖的氧化铝坩埚中，再将坩埚放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率逐渐升温至550℃，再在550℃恒温热4h；自然冷却至室温，将所得样品再次研磨充分。
与实施例1相比，区别为不加入TAPB，制备得到的样品命名为UCN。
实施例1-5反应的催化剂合成机理图如图1所示。如图1所示，尿素通过聚合反应可以得到拥有3-s-三嗪的结构单元；而尿素和TAPB进行聚合反应能够得到的TAPB嫁接于3-s-三嗪的结构单元，所得的聚合单元还可以继续与尿素或其聚合的结构单元进一步热聚反应得到最终的g-C3N4基光催化复合材料。
通过由TAPB嫁接CN网络结构，可以得到g-C3N4基光催化复合材料。所得材料由于TAPB的添加量不同，使得TAPB在CN网络的复合材料中的占比不同，进而导致其化学性质和催化效率也存在一定的差异。通过调整尿素和TAPB的比例，引起最终高聚物中TAPB在CN网络结构中发生变化，进而得到不同比例下的g-C3N4基光催化复合材料。
通过上述实施例制备得到的有机单体TAPB嫁接CN网络结构后得到的复合材料，其π电子离域性增强，有利于光生电子的快速迁移；电子与空穴的复合率降低，进而抑制了光生载流子的快速复合，促进了光催化产氢性能的显著提升。通过共聚合反应对纳米片层的共轭结构进行调控，在增强催化剂表面传质过程的同时，降低半导体带隙宽度，促进光生载流子分离与迁移，提高太阳能利用率，在光催化领域有广泛的应用前景。
测试例1
可见漫反射光谱测试(Hitachi U-3010UV–vis spectrometer，使用BaSO4作参比)：
实施例1-5所得样品的紫外可见漫反射光谱如图2所示，表征样品对于光的吸收范围和能力。由图2可以看出，明显的，随着TAPB浓度的逐渐提升，样品UCN-xTAPB对可见光吸收逐渐增强而呈现出红移的现象，在460-800nm处都出现了较强的吸收峰，样品对可见光的响应增强。制备得到的样品对可见光的吸收范围逐渐变宽，这将大大有利于材料的光催化产氢性能的提升。
测试例2
光催化产氢速率实验：
具体实验条件和方法为：使用北京泊菲莱科技有限公司的Labsolar-6A光催化在线分析系统，具体反应溶液：催化剂20mg加入含有10mL牺牲剂三乙醇胺的100mL水溶液中，并使用3wt％的Pt作为助催化剂，光源PLS-SXE 300/300UV，光强：100mW/cm2，λ>420nm。
通过上述实验条件和方法测试实施例1-5所得样品的光催化产氢速率，结果如图3所示。由图3可以看出，比较于原始的样品UCN，几乎所有的TAPB嫁接的g-C3N4复合材料UCN-xTAPB均有明显的光催化制氢性能的提升。详细来说，样品UCN的产氢速率为42μmol h-1g-1，明显低于样品UCN-2TAPB的126μmol h-1g-1，UCN-4TAPB的211μmol h-1g-1，UCN-6TAPB的150μmol h-1g-1，UCN-8TAPB的133μmol h-1g-1。其中，适量TAPB嫁接CN网络结构获得的样品UCN-4TAPB拥有最高的光催化制氢性能。而随着TAPB量的进一步增加，样品的制氢性能又会逐渐下降，这可能是由于过度的掺杂，会损坏半导体的一些特性而影响材料的光催化性能。
测试例3
光致发光光谱测试(室温条件下，使用FLS-980荧光分光光谱仪)：
实施例1-5所得样品的光致发光光谱如图4所示。由图4可以看出，随着TAPB量的逐渐增加，观察到样品的荧光猝灭越来越明显，这表明随着TAPB量的逐渐增加，TAPB嫁接CN网络结构后得到的复合材料，能有效促进样品光生电子和光生空穴的分离。这应该是由于随着有机单体TAPB嫁接CN网络结构，π电子离域性的增强，光生电子的快速迁移导致的。从而抑制光生空穴与光生电子的快速复合，促进催化剂的光催化产氢活性。
测试例4
光催化稳定性实验：
实施例2所得样品UCN-4TAPB的光催化稳定性测试如图5所示。由图5可以看出，连续光照16h测试4个循环后(每4h将产生的氢气抽真空排出，算一个循环)，样品UCN-4TAPB的产氢活性基本没有发生衰减，证明催化剂具有良好的稳定性，在实际应用中具有良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种g-C3N4基光催化复合材料，其特征在于，所述g-C3N4基光催化复合材料呈嫁接有1,3 ,5-三(4-氨基苯基)苯TAPB的氮化碳网络结构；
所述的g-C3N4基光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将尿素与TAPB进行研磨，得到混合物；
S2、将步骤S1得到的混合物在400℃-600℃煅烧温度下煅烧3h-6h后即得；
所述尿素与TAPB的质量比为10000：(1-4)。
2.如权利要求1所述的g-C3N4基光催化复合材料，其特征在于，所述尿素与TAPB的质量比为10000:1、10000:2、10000:3或10000:4中的一种。
3.如权利要求1所述的g-C3N4基光催化复合材料，其特征在于，所述步骤S2中的温度为530℃-560℃。
4.如权利要求1所述的g-C3N4基光催化复合材料，其特征在于，所述步骤S2中，通过程序升温过程到达煅烧温度，升温速率为5-15℃/min。
5.如权利要求1所述的g-C3N4基光催化复合材料，其特征在于，所述步骤S2结束后还包括对步骤S2所得产物进行研磨处理的步骤。
6.采用如权利要求1所述的g-C3N4基光催化复合材料在可见光下光分解水制氢反应的用途。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010201277.6A CN111298824B (zh) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | 一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010201277.6A CN111298824B (zh) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | 一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111298824A CN111298824A (zh) | 2020-06-19 |
| CN111298824B true CN111298824B (zh) | 2023-03-17 |
Family
ID=71160645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010201277.6A Active CN111298824B (zh) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | 一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111298824B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI803954B (zh) * | 2021-08-27 | 2023-06-01 | 國立清華大學 | 太赫茲光調制器及太赫茲空間光調制器 |
| CN114130414B (zh) * | 2021-12-06 | 2023-09-05 | 合肥工业大学 | 一种石墨型氮化碳材料的制备方法、活性催化剂、应用 |
| CN116496300A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-07-28 | 五邑大学 | 一种光催化复合材料及其制备方法与应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103272639A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-04 | 福州大学 | 一种共聚合改性的石墨相氮化碳纳米片可见光催化剂 |
| CN106238086A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-21 | 华南理工大学 | 一种苯环修饰类石墨相氮化碳光催化剂及制备方法与应用 |
| CN107684928A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-02-13 | 华中科技大学 | 含有石墨相c3n4结构的有机多孔材料、其制备和应用 |
| CN108906111A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-11-30 | 湖南大学 | 自组装共聚氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110227529A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-09-13 | 五邑大学 | 一种类石墨氮化碳基光催化剂及其制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-03-20 CN CN202010201277.6A patent/CN111298824B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103272639A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-04 | 福州大学 | 一种共聚合改性的石墨相氮化碳纳米片可见光催化剂 |
| CN106238086A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-21 | 华南理工大学 | 一种苯环修饰类石墨相氮化碳光催化剂及制备方法与应用 |
| CN107684928A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-02-13 | 华中科技大学 | 含有石墨相c3n4结构的有机多孔材料、其制备和应用 |
| CN108906111A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-11-30 | 湖南大学 | 自组装共聚氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110227529A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-09-13 | 五邑大学 | 一种类石墨氮化碳基光催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Enhanced electron separation on in-plane benzene-ring doped g-C3N4 nanosheets for visible light photocatalytic hydrogen evolution;Jian Liu et al.;《Applied Catalysis B: Environmental》;20181124;第244卷;第460页第2.2节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111298824A (zh) | 2020-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111298824B (zh) | 一种类石墨氮化碳基光催化复合材料及其制备方法和应用 | |
| 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 | |
| CN110639585B (zh) | 一种共聚合改性的层状石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112495421B (zh) | 一种氮掺杂碳量子点修饰富氮石墨型氮化碳光催化剂的制备方法 | |
| CN115155643A (zh) | 一种光催化复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN110586183B (zh) | 一种利用超临界二氧化碳制备TiO2/COF催化材料的方法 | |
| CN112811398B (zh) | 利用烯醇-酮式共价有机骨架/石墨相氮化碳复合光催化剂制备过氧化氢的方法 | |
| 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 | |
| CN113000061B (zh) | 一种带状石墨氮化碳纳米片的制备方法 | |
| CN107983386B (zh) | 一种超薄BiOCl/氮掺杂石墨烯量子点复合光催化剂及制备方法 | |
| CN115007194B (zh) | 一种非晶硼掺杂氮化碳的制备方法及应用 | |
| CN115155657A (zh) | 一种光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN112547125B (zh) | 一种可用于光解水的CdS/NiPc光催化剂及其制备方法 | |
| CN110665525A (zh) | 一种复合氮化碳光催化材料的钙钛矿及其制备方法和应用 | |
| CN117380265A (zh) | 一种基于碳化氮网络结构的光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN110639587B (zh) | 一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法及应用 | |
| CN110152706B (zh) | 一种以共晶前驱体制备富碳氮化碳可见光催化剂的方法 | |
| CN115181265B (zh) | 一种亚甲基修饰共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用 | |
| CN112495411A (zh) | 一种氮化碳纳米片负载钒酸铟量子点光催化剂及其制备和应用 | |
| CN116393155A (zh) | 碳环掺杂的g-C3N4基面内异质结的制备方法及其应用于光重整纤维素 | |
| Zheng et al. | High-rate CH4-to-C2H6 photoconversion enabled by Au/ZnO porous nanosheets under oxygen-free system | |
| TWI688428B (zh) | 石墨相氮化碳-摻雜異質元素石墨烯光觸媒及其製造方法 | |
| CN112264077B (zh) | 一种全光谱响应非金属改性氮化碳光催化剂制备方法 | |
| CN111790423A (zh) | 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 |
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 |