CN112547107A - 一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种α‑Fe2O3/Ni@2D g‑C3N4催化剂的制备方法，属于催化剂技术领域。所述方法是在α‑Fe2O3/2D g‑C3N4复合催化剂上通过光沉积法负载助催化剂Ni，形成α‑Fe2O3/Ni@2D g‑C3N4复合光催化剂。将本发明制得的复合催化剂应用于以甘油为牺牲剂的光催化体系中，在将甘油加以利用的同时，实现较为理想的制氢。采用高分散的过渡金属镍作为光助催化剂，可提高光催化效率，α‑Fe2O3/Ni@2D g‑C3N4的产氢速率达210.45μmol/g/h，使得体系具有更高的光催化活性，且过渡金属基价格相对低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4催化剂的制备方法，属于催化剂技术领域。
背景技术
甘油是一种很有前景的牺牲剂，它是生物柴油工业的主要副产品，仅我国2019年的甘油产量就有26万吨的规模。此外甘油本身是一种低价值的化学物质，生产远远超过了目前的需求。随着生物柴油的规模化发展，如何合理有效利用生产生物柴油过程中的副产物甘油，成为影响生物柴油成本和新一代化学品平台工艺开发的重要问题。甘油作为可再生能源以其分子结构特点可用作制氢的原料。
目前，甘油制氢的工艺方法包括气相重整(包括水蒸汽重整、部分氧化重整和自热重整)、水相重整、生物法、光催化重整和高温热解等，其中，由于过程中的甘油、水和太阳能皆为洁净的可再生能源，且反应条件温和，因此，光诱导重整将有较大的发展潜力。但是该过程受太阳光强度的限制，反应速率仍较低。因此，开发光催化活性更高的光催化剂变得非常重要。
发明内容
为了将甘油加以利用，本发明采用简便的煅烧法，以及温和的光化学法，合成负有高分散助催化剂的复合型光催化剂，具有较高稳定性和使用价值。
本发明第一个目的是提供了一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4催化剂的制备方法，所述方法是在α-Fe2O3/2D g-C3N4复合催化剂上通过光沉积法负载助催化剂Ni，形成α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂。
在本发明的一种实施方式中，所述α-Fe2O3/2D g-C3N4复合催化剂是由α-Fe2O3和二维g-C3N4煅烧得到的。
在本发明的一种实施方式中，通过光沉积法制备符合光催化剂的方法具体为：向α-Fe2O3/2D g-C3N4中依次加入乙酸镍、硫脲和水，混合均匀后除去反应体系中的氧气，然后后置于光照下搅拌反应，生成α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂。
在本发明的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：
(1)将六水合三氯化铁分散在乙醇溶液中，在搅拌的同时，加入乙酸钠。待均匀分散后，将溶液转移至反应釜中，在180℃下反应12小时。冷却至室温后离心水洗多次，然后再70℃烘箱中干燥，得到α-Fe2O3。
(2)取三聚氰胺置于坩埚中，然后置于马弗炉中550℃下煅烧，升温速率为2℃/min。4小时后，得到黄色物质ML g-C3N4。
(3)取α-Fe2O3加入盛有三聚氰胺的坩埚中。在不断搅拌下加入水使其成均质，然后以2℃/min的升温速率，在550℃下煅烧4小时，得到α-Fe2O3/ML g-C3N4。α-Fe2O3/2D g-C3N4是在α-Fe2O3/ML g-C3N4的基础上制备得到。取一定量α-Fe2O3/ML g-C3N4，在500℃下煅烧85min。为了进行对比，通过酸处理的方法制备了2D g-C3N4，取一定量α-Fe2O3/2D g-C3N4在浓盐酸中处理8小时。
(4)通过光沉积的方法进行复合催化剂的合成。将α-Fe2O3/2D g-C3N4、乙酸镍、硫脲、一定量水置于烧瓶中，超声氮气脱气30min，烧瓶密闭后在氙灯下光照20min，再通过离心的方法，水洗3次，乙醇洗一次，于烘箱中干燥，制得α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4。
本发明第二个目的是提供了一种应用上述方法制备得到的α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂。
本发明第三个目的是提供一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂在化学合成和光催化方面的应用。
本发明的第四个目的是提供一种α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4复合催化剂的制备方法，所述方法是在α-Fe2O3/ML g-C3N4复合催化剂上通过光沉积法负载助催化剂Ni，形成α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4复合催化剂。
在本发明的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：
(1)将六水合三氯化铁分散在10ml乙醇溶液中，在搅拌的同时，加入0.7ml水，然后加入0.8g乙酸钠。待均匀分散后，将溶液转移至50ml反应釜中，在180℃下反应12小时。冷却至室温后离心水洗多次，然后再70℃烘箱中干燥，得α-Fe2O3；取2g三聚氰胺置于坩埚中，然后置于马弗炉中550℃下煅烧，升温速率为2℃/min。4小时后，所得到的黄色物质为ML g-C3N4。
(2)取2ml 0.1mg/ml的α-Fe2O3加入盛有2g三聚氰胺的坩埚中。在不断搅拌下加入1ml水使其成均质，然后以2℃/min的升温速率，在550℃下煅烧4小时，得到物质α-Fe2O3/MLg-C3N4。
(3)将40mg步骤(2)获得的α-Fe2O3/ML g-C3N4置于烧瓶中，然后依次1ml 12.5mg/ml的乙酸镍，1ml 38mg/ml的硫脲，再加入8ml的水，超声2min后，氮气脱气30min，烧瓶密闭后在300W的氙灯下光照20min，通过离心的方法，水洗3次，乙醇洗一次，在70℃烘箱中干燥后收得催化剂α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4。
本发明的第五个目的是提供一种应用上述的方法制备得到的α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4复合催化剂。
本发明的第六个目的是提供了一种甘油制氢的方法，所述方法是采用上述α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合催化剂催化甘油产H2。
在本发明的一种实施方式中，所述方法需要在光照条件下进行。
在本发明的一种实施方式中，光源可以是太阳光，也可以是人造光源，比如氙灯、紫外灯、LED灯、激光等。对光的强度没有特殊要求，光强度大的，沉积速度快些。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用廉价的原料，较为简单的方法，制备得到了复合光催化剂。其本质上，在光照情况下，高度分散的镍被沉积在吸光载体上。
(2)本发明中的复合催化剂，应用于以甘油为牺牲剂的光催化体系中，在将甘油加以利用的同时，实现较为理想的制氢。采用高分散的过渡金属镍作为光助催化剂，可提高光催化效率，α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4的产氢速率达210.45μmol/g/h，使得体系具有更高的光催化活性，且过渡金属基价格相对低廉。
附图说明
图1是α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4以及对比催化剂的XRD图谱；
图2是α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4以及对比催化剂的透射电镜图片；(a)2D g-C3N4；(b)ML g-C3N4；(c)α-Fe2O3；(d)α-Fe2O3；(e)α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4。
图3是α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4的X射线光电子能谱；
图4是α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4的X射线光电子能谱；
图5是α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4的产氢速率对比图；
图6是α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4在室外太阳光下的光催化产氢测试图；
图7是α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4在可见光下的光催化产氢测试图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
实施例1：一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4催化剂的制备方法
通过光沉积的方法进行催化剂的合成，所述方法具体为：40mgα-Fe2O3/2D g-C3N4置于烧瓶中，然后依次1ml 12.5mg/ml的乙酸镍，1ml 38mg/ml的硫脲，再加入8ml的水，超声2min后，氮气脱气30min，烧瓶密闭后在300W的氙灯下光照20min，通过离心的方法，水洗3次，乙醇洗一次，在70℃烘箱中干燥后收得催化剂。
实施例2：一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4催化剂的制备方法
按照如下方法制备α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合催化剂，所述方法包括以下步骤：
(1)将六水合三氯化铁分散在10ml乙醇溶液中，在搅拌的同时，加入0.7ml水，然后加入0.8g乙酸钠。待均匀分散后，将溶液转移至50ml反应釜中，在180℃下反应12小时。冷却至室温后离心水洗多次，然后再70℃烘箱中干燥，得α-Fe2O3；取2g三聚氰胺置于坩埚中，然后置于马弗炉中550℃下煅烧，升温速率为2℃/min。4小时后，所得到的黄色物质为ML g-C3N4。
(2)取2ml 0.1mg/ml的α-Fe2O3加入盛有2g三聚氰胺的坩埚中。在不断搅拌下加入1ml水使其成均质，然后以2℃/min的升温速率，在550℃下煅烧4小时，得到物质α-Fe2O3/MLg-C3N4。
(3)α-Fe2O3/2D g-C3N4是在α-Fe2O3/ML g-C3N4的基础上制备得到。取α-Fe2O3/MLg-C3N4400mg，在500℃下煅烧85min，将得到的物质研磨备用。为了进行对比，通过酸处理的方法制备了2D g-C3N4，取80mgα-Fe2O3/2D g-C3N4在浓盐酸中处理8小时，收集到淡黄色粉末。
(4)40mgα-Fe2O3/2D g-C3N4置于烧瓶中，然后依次1ml 12.5mg/ml的乙酸镍，1ml38mg/ml的硫脲，再加入8ml的水，超声2min后，氮气脱气30min，烧瓶密闭后在300W的氙灯下光照20min，通过离心的方法，水洗3次，乙醇洗一次，在70℃烘箱中干燥后收得催化剂α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4。
将制备的光催化剂进行X射线衍射光谱(XRD)，从图1中，并未发现特征峰及峰的偏移，这说明后期α-Fe2O3的复合，以及Ni的负载，并没有改变2D g-C3N4的晶格；图2为透射电镜(TEM)，a图相较于b图，片层结构更薄，说明2D g-C3N4的成功制备。α-Fe2O3的六边形结构，也符合制备需求。在图d中，可以观测到α-Fe2O3的晶格条纹，与标准相匹配。e图为催化剂α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4的透射图，其中并没有看到颗粒，说明Ni是以更加微小的结构存在的，通过ICP测得Ni的含量为0.12％，含量非常低，结合TEM的结果，说明Ni在复合催化剂中是高度分散的，并且这一特性有利于提高产氢活性。图3、4为X射线光电子能谱，通过分析化学状态和组成，证明了复合催化剂α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4的成功复合。
实施例3：一种α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4催化剂的制备方法
参照实施例2中步骤(4)，将40mg步骤(2)获得的α-Fe2O3/ML g-C3N4置于烧瓶中，然后依次1ml 12.5mg/ml的乙酸镍，1ml 38mg/ml的硫脲，再加入8ml的水，超声2min后，氮气脱气30min，烧瓶密闭后在300W的氙灯下光照20min，通过离心的方法，水洗3次，乙醇洗一次，在70℃烘箱中干燥后收得催化剂α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4。
实施例4：一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4催化剂在催化甘油产氢中的应用
取7mg实施例2制得的α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂，加入到2ml甘油和8ml超纯水中，超声分散1min后，通过脱氮气除去烧瓶内的氧气，然后在带有AM1.5滤光片的300W氙灯下光照1h，保持光源与反应液的距离在8cm左右，期间不断搅拌。注射器抽取2ml，通过气相色谱(GC-7920，氩气作为载气)测量产生的氢气。
通过对合成的复合光催化剂α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4进行产氢性能的测试，表明该体系可在牺牲剂为甘油的前提下产氢。如图5所示，α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4的产氢速率达210.45μmol/g/h，这在以甘油为牺牲剂的光催化体系里效果相对理想。
实施例5：一种甘油制氢的方法
取7mg实施例2制得的α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂，加入到2ml甘油和8ml超纯水中，超声分散1min后，通过脱氮气除去烧瓶内的氧气，然后在带有AM1.5滤光片的300W氙灯下光照1h，保持光源与反应液的距离在8cm左右。将圆底烧瓶置于室外太阳光下照射，地点：江苏无锡，时间：2020年8月24日10:15-18:50，室外温度：30-35℃。反应结束后，用热导-气相色谱检测反应中生成的氢气，每隔2h使用热导-气相色谱检测反应中生成的氢气，然后继续光照，产氢情况如图6。
实施例6：一种甘油制氢的方法
取7mg实施例2制得的α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂，加入到2ml甘油和8ml超纯水中，超声分散1min后，通过脱氮气除去烧瓶内的氧气，然后在带有AM1.5滤光片的300W氙灯下光照1h，保持光源与反应液的距离在8cm左右。每隔1h使用热导-气相色谱检测反应中生成的氢气并进行一次脱气排除反应体系中氢气，然后继续光照处理，图7中可以看出，反应三个循环后催化活性无明显降低。
对比例1：Ni/α-Fe2O3
参照实施例2中步骤(4)，将40mgα-Fe2O3置于烧瓶中，然后依次1ml 12.5mg/ml的乙酸镍，1ml 38mg/ml的硫脲，再加入8ml的水，超声2min后，氮气脱气30min，烧瓶密闭后在300W的氙灯下光照20min，通过离心的方法，水洗3次，乙醇洗一次，在70℃烘箱中干燥后收得催化剂Ni/α-Fe2O3。
对比例2：Ni/2D g-C3N4
参照实施例2中步骤(4)，将40mg 2D g-C3N4置于烧瓶中，然后依次1ml 12.5mg/ml的乙酸镍，1ml 38mg/ml的硫脲，再加入8ml的水，超声2min后，氮气脱气30min，烧瓶密闭后在300W的氙灯下光照20min，通过离心的方法，水洗3次，乙醇洗一次，在70℃烘箱中干燥后收得催化剂Ni/2D g-C3N4。
参照实施例3测定各种催化剂的产氢性能，在带有AM1.5滤光片的氙灯照射下，几种样品的产氢性能如图5所示。通过对比，不难发现，随着α-Fe2O3与2D g-C3N4的复合，以及高分散的Ni的负载，复合光催化剂的产氢活性提高。其中Ni助催化剂起着重要作用，从图中看到，与α-Fe2O3复合的氮化碳材料，无论是多层，还是薄层，在没有助催化剂负载的情况下，产氢活性为0。另一方面，只有单一半导体，α-Fe2O3负载助催化剂后产氢并没有提高，而2Dg-C3N4的性能略有改变。当复合催化剂α-Fe2O3/2D g-C3N4负载Ni之后，产氢活性可达210.45μmol/g/h，是Ni@2D g-C3N4产氢速率的3倍左右，较Ni/α-Fe2O3和Ni@2D g-C3N4产氢量的效果之和更优越。这也说明两种半导体的复合对光催化性能的提高发挥了相互作用，可能形成了某种异质结构，产生了“1+1>2”的效果。此外，高分散助催化剂Ni的存在可以有效抑制光生空穴和电子的重组，从而使得光生电子充分发挥其作用。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法是在α-Fe2O3/2D g-C3N4复合催化剂上通过光沉积法负载助催化剂Ni，形成α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述α-Fe2O3/2D g-C3N4复合催化剂是由α-Fe2O3和二维g-C3N4煅烧得到的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过光沉积法制备复合光催化剂的方法具体为：将α-Fe2O3/2D g-C3N4、乙酸镍、硫脲和水混合均匀后除去反应体系中的氧气，然后置于光照下搅拌反应，生成α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂。
4.应用权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂。
5.权利要求4所述的α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合光催化剂在化学合成和光催化方面的应用。
6.一种α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法是在α-Fe2O3/ML g-C3N4复合催化剂上通过光沉积法负载助催化剂Ni，形成α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4复合催化剂。
7.应用权利要求6所述的方法制备得到的α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4复合催化剂。
8.一种甘油制氢的方法，其特征在于，所述方法是采用光催化剂催化甘油产H2；所述光催化剂为权利要求4所述的α-Fe2O3/Ni@2D g-C3N4复合催化剂或权利要求6所述的α-Fe2O3/Ni@ML g-C3N4复合催化剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法需要在光照条件下进行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，光源包括太阳光或人造光源。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113441157A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-28 | 南昌大学 | 一种负载型高分散金属单原子催化剂的光还原合成方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN108067280A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-05-25 | 江南大学 | 一种硫化镍/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的制备方法 |
| CN108212192A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-06-29 | 西安工业大学 | 一种光-芬顿催化剂及其制备方法 |
| CN109161924A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-08 | 天津工业大学 | 一种双壳层的Fe2O3/NiS纳米复合材料的制备 |
| WO2019021189A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | Sabic Global Technologies B.V. | METHODS FOR PRODUCING A NANOCOMPOSITE HETEROGLASTING PHOYOCATALYST |
| CN109701579A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-03 | 西安工业大学 | 一种光响应增强催化产氢性能的纳米晶胶体催化剂 |
| US20190381490A1 (en) * | 2016-11-07 | 2019-12-19 | Hangzhou Tong-King Enviro-Tech Co., Ltd | Composite photocatalysts, method for making the same and application thereof |
| CN110694663A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-17 | 邢台学院 | 一种复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN112007678A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-01 | 嵊州市芝草科技有限公司 | 一种α-Fe2O3-g-C3N4异质结光催化产氢材料及其制法 |
-
2020
- 2020-12-04 CN CN202011422961.3A patent/CN112547107A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US20190381490A1 (en) * | 2016-11-07 | 2019-12-19 | Hangzhou Tong-King Enviro-Tech Co., Ltd | Composite photocatalysts, method for making the same and application thereof |
| WO2019021189A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | Sabic Global Technologies B.V. | METHODS FOR PRODUCING A NANOCOMPOSITE HETEROGLASTING PHOYOCATALYST |
| CN108067280A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-05-25 | 江南大学 | 一种硫化镍/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的制备方法 |
| CN108212192A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-06-29 | 西安工业大学 | 一种光-芬顿催化剂及其制备方法 |
| CN109161924A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-08 | 天津工业大学 | 一种双壳层的Fe2O3/NiS纳米复合材料的制备 |
| CN109701579A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-03 | 西安工业大学 | 一种光响应增强催化产氢性能的纳米晶胶体催化剂 |
| CN110694663A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-17 | 邢台学院 | 一种复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN112007678A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-01 | 嵊州市芝草科技有限公司 | 一种α-Fe2O3-g-C3N4异质结光催化产氢材料及其制法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HOU MINSHUAI ET AL.: "Two‐step calcination synthesis of Z‐scheme α‐Fe2O3/few‐layer g‐C3N4 composite with enhanced hydrogen production and photodegradation under visible light", 《JOURNAL OF THE CHINESE CHEMICAL SOCIETY》 * |
| 上官文峰等: "《能原材料原理与应用》", 30 September 2017 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113441157A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-28 | 南昌大学 | 一种负载型高分散金属单原子催化剂的光还原合成方法 |
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