CN111871445A - 一种cn/bos范德华异质结构光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，包括如下步骤，将BOS分散到水和乙醇的混合液中，得到混合溶液A；将不同量的CN加入到混合溶液A中，得到混合溶液B；将混合溶液B转移至超声反应器中超声复合，反应结束后，对反应产物洗涤、干燥，得到CN/BOS范德华异质结构光催化剂。一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂，由上述制备方法制备得到。有益效果为：催化活性高，在光催化领域具有良好的应用前景；结纯度高，且可以通过改变CN的含量控制CN/BOS异质结光催化剂的光催化CO2还原活性；制备方法具有操作简单、安全、成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂领域，具体涉及一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂及其制备方法。
背景技术
人工光合作用可以将二氧化碳转化为有用的化学品，因而被认为是解决能源和环境问题的理想方法。遗憾的是，由于高的C＝O活化能(约750kJ mol-1)，使得光催化二氧化碳转化变得迟钝和缓慢。CO2光还原的触发步骤是吸附和活化，并伴随着多个电子的转移。由于多个质子耦合和电子转移过程，多种化学品，如CO，CH3OH和CH4，以及更高的碳氢化合物。在这些C1产物中，从动力学的角度来看，CO的形成需要2电子，少于CH3OH和CH4形成所需的6电子和8电子。然而，CH4的形成比CO和CH3OH的形成更具有热力学优势，这是由于CH4可在较低的电势下形成：
CO2+2H++2e-→CO+H2O E0redox＝-0.53V vs NHE (1)
CO2+6H++6e-→CH3OH+H2O E0redox＝-0.38V vs NHE (2)
CO2+8H++8e-→CH4+H2O E0redox＝-0.24V vs NHE (3)
动力学和热力学之间的矛盾决定了CO2光还原的产物选择性和效率，因此，CO2光还原的选择性和效率常常低于预期，因此，设计高效的具有高产率和选择性的CO2光催化系统仍然是一个研究热点。
为了获得高活性、低成本、高选择性的CO2光还原光催化剂，科学家们进行了大量的研究，如原子薄层光催化剂的研制、异质结构的制备、表面缺陷的构建等，其中，通过共价、离子、氢键和范德华力、库仑力等各种物理、化学相互作用来制备异质结构在光催化领域得到了广泛的研究和应用。尤其是构筑2D/2D VDW异质结已被证实有效的方法促进用异质光催化性能的催化剂。虽然2D/2D VDW异质结通过其界面表现出增强的电荷转移，但对于其界面特征与光催化CO2还原性能和选择性之间关系仍需深入研究。
研究表明，2D/2D VDW异质结的构建是影响光催化反应活性的重要因素。2D/2DVDW异质结构的光催化剂具有界面面积大，相互作用强，光响应范围广的特点，受到了人们的极大关注。目前，关于2D/2D CN/BOS范德华异质结构光催化剂研究非常有限，尤其是将其用于CO2光还原领域目前尚未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂及其制备方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，包括如下步骤：
S100、将BOS分散到水和乙醇的混合液中，得到混合溶液A；
S200、将不同量的CN加入到混合溶液A中，得到混合溶液B；
S300、将混合溶液B转移至超声反应器中超声复合，反应结束后，对反应产物洗涤、干燥，得到CN/BOS范德华异质结构光催化剂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，水和乙醇的混合液中水和乙醇的体积比为1:1。
进一步，混合溶液B中包含不同量的CN。
进一步，CN与BOS的比例为10～40。
进一步，超声复合的温度为室温，反应时间为4h。
进一步，干燥的温度为80℃，干燥时间为4h。
一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂，由上述制备方法制备得到。
本发明的有益效果是：
1)本发明所获得的2D/2D CN/BOS范德华异质结构光催化剂的催化活性高，在光催化领域具有良好的应用前景；
2)本发明方法所制备的CN/BOS范德华异质结构光催化剂结纯度高，且可以通过改变CN的含量控制CN/BOS范德华异质结构光催化剂的光催化CO2还原活性；
3)本发明采用超声复合制备的2D/2D CN/BOS范德华异质结构光催化剂，制备方法具有操作简单、安全、成本低廉等优点。
附图说明
图1为本发明制备的系列CN/BOS光催化剂的XRD谱图；
图2为本发明制备的系列CN/BOS光催化剂的光催化CO2还原效果图。
图3为本发明制备的系列CN/BOS光催化剂在N2气氛中的实验效果图；
图4为实施例2所制得20CN/BOS范德华异质结构光催化剂的电镜图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种10CN/BOS范德华异质结构光催化剂，通过如下方法制备得到：
将100mg BOS分散到50mL水和乙醇的混合液(水：乙醇＝1：1)得到混合溶液A；
将10mg CN加入到混合溶液A中得到混合溶液B；
将混合溶液B转移至超声反应器中超声复合，反应结束后，反应产物经洗涤、干燥后，得到10CN/BOS范德华异质结构光催化剂。
本实施例制备得到的10CN/BOS光催化剂XRD谱图见图1中(c)。
图1中(c)表明，所获得产物的XRD峰均与标准BOS的特征峰一致，未明显检测到CN的特征峰，可能是由于其含量较低所导致的。通过FT-IR光谱可以发现CN的存在(见图2中(c))，证明所合成的样品为10CN/BOS复合物。
将本实施例制备得到的10CN/BOS光催化剂用于光催化CO2还原，实验中采用300W氙灯作为光源，照射光的波长λ≥420nm，光催化降解实验表明，光催化反应4h后，与在N2气氛中的实验(见图中3中(a))相比较，本实施例所制得的10CN/BOS光催化剂在可见光照射下，其光催化CO2还原产生CO的量为12.89μmol·g-1(图中3中(c))。
实施例2
一种20CN/BOS范德华异质结构光催化剂，通过如下方法制备得到：
将100mg BOS分散到50mL水和乙醇的混合液(水：乙醇＝1：1)得到混合溶液A；
将20mg CN加入到混合溶液A中得到混合溶液B；
将混合溶液B转移至超声反应器中超声复合，反应结束后，反应产物经洗涤、干燥后，得到20CN/BOS范德华异质结构光催化剂。
本实施例制备得到的20CN/BOS光催化剂XRD谱图见图1中(d)。
图1中(d)表明，所获得产物的XRD峰均与标准BOS的特征峰一致，未明显检测到CN的特征峰，可能是由于其含量较低所导致的。图4可以看出，2D超薄CN分布在2D的BOS六边形纳米片上，通过FT-IR光谱可以发现CN的存在(见图2中(d))，证明所合成的样品为20CN/BOS复合物。
将本实施例制备得到的20CN/BOS光催化剂用于光催化CO2还原，实验中采用300W氙灯作为光源，照射光的波长λ≥420nm，光催化降解实验表明，光催化反应4h后，与在N2气氛中的实验(见图中3中(a))相比较，本实施例所制得的20CN/BOS光催化剂在可见光照射下，其光催化CO2还原产生CO的量为37.54μmol·g-1(图中3中(g))。
实施例3
一种30CN/BOS范德华异质结构光催化剂，通过如下方法制备得到：
将100mg BOS分散到50mL水和乙醇的混合液(水：乙醇＝1：1)得到混合溶液A；
然后将30mg CN加入到混合溶液A中得到混合溶液B；
将混合溶液B转移至超声反应器中超声复合，反应结束后，反应产物经洗涤、干燥后，得到30CN/BOS范德华异质结构光催化剂。
本实施例制备得到的30CN/BOS光催化剂XRD谱图见图1中(e)。图1中(e)表明，所获得产物的XRD峰均与标准BOS的特征峰一致，未明显检测到CN的特征峰，可能是由于其含量较低所导致的。通过FT-IR光谱可以发现CN的存在(见图2中(e))，证明所合成的样品为30CN/BOS复合物。
将本实施例制备得到的30CN/BOS光催化剂用于光催化CO2还原，实验中采用300W氙灯作为光源，照射光的波长λ≥420nm。光催化降解实验表明，光催化反应4h后，与在N2气氛中的实验(见图中3中(a))相比较，本实施例所制得的30CN/BOS光催化剂在可见光照射下，其光催化CO2还原产生CO的量为33.99μmol·g-1(图中3中(f))。
实施例4
一种40CN/BOS范德华异质结构光催化剂，通过如下方法制备得到：
将100mg BOS分散到50mL水和乙醇的混合液(水：乙醇＝1：1)得到混合溶液A；
将40mg CN加入到混合溶液A中得到混合溶液B；
将混合溶液B转移至超声反应器中超声复合，反应结束后，反应产物经洗涤、干燥后，得到40CN/BOS范德华异质结构光催化剂。
本实施例制备得到的40CN/BOS光催化剂XRD谱图见图1中(f)。
图1中(f)表明，所获得产物的XRD峰均与标准BOS的特征峰一致，未明显检测到CN的特征峰，通过FT-IR光谱可以发现CN的存在(见图2中(f))，证明所合成的样品为40CN/BOS复合物。
将本实施例制备得到的40CN/BOS光催化剂用于光催化CO2还原，实验中采用300W氙灯作为光源，照射光的波长λ≥420nm。光催化降解实验表明，光催化反应4h后，与在N2气氛中的实验(见图中3中(a))相比较，本实施例所制得的40CN/BOS光催化剂在可见光照射下，其光催化CO2还原产生CO的量为22.29μmol·g-1(图中3中(d))。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、将BOS分散到水和乙醇的混合液中，得到混合溶液A；
S200、将不同量的CN加入到混合溶液A中，得到混合溶液B；
S300、将混合溶液B转移至超声反应器中超声复合，反应结束后，对反应产物洗涤、干燥，得到CN/BOS范德华异质结构光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，其特征在于，水和乙醇的混合液中水和乙醇的体积比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，其特征在于，所述混合溶液B中包含不同量的CN。
4.根据权利要求1所述的一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，其特征在于，所述CN与所述BOS的比例为10～40。
5.根据权利要求1所述的一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，其特征在于，所述超声复合的温度为室温，反应时间为4h。
6.根据权利要求1所述的一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为80℃，干燥时间为4h。
7.一种CN/BOS范德华异质结构光催化剂，其特征在于，由权利要求1～6任一所述制备方法制备得到。
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