CN113546658A - 一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将三聚氰胺置于马弗炉中煅烧，得到g‑C3N4；将所述g‑C3N4研磨成粉末，加入到去离子水中，超声分散为g‑C3N4悬浮液；向所述g‑C3N4悬浮液内加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，搅拌第一时间后，滴加氨水，然后转移至高压釜内进行水热反应，后处理即得到二维层状三元纳米复合光催化剂。本发明同时引入水还原助催化剂和水氧化助催化剂，在两者协同作用下，加速电子‑空穴的分离，提高催化效率；采取二维层状结构的材料进行复合，增大了界面接触面积，加快了界面电荷的转移，有效的提高了光催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光催化产氢技术领域，具体而言，涉及一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
石墨氮化碳g-C3N4作为一种非金属光催化材料，可被可见光激发，具有非常合适的半导体能带位置，带隙为2.7eV，导带电势为-1.1V，价带电势为1.6V (vs.SHE)，满足光解水产氢产氧的热力学要求，同时具有良好的热稳定性和化学稳定性，常用于光催化剂、传感器、催化剂载体和储能材料。但由于高的电子-空穴复合率和较小的比表面积，裸露的g-C3N4的光催化效率相对较低。
为提高g-C3N4的催化活性，现有技术使用助催化剂进行表面改性是加速电荷分离，减少H2或O2逸出阻碍，增强光催化活性的可行办法。目前最常用的助催化剂是稀有贵金属和其氧化物，如Pt，Pd，RuO2等。考虑到成本和实际应用的可行性，贵金属助催化剂不适合大规模应用与研究。而过渡金属氢氧化物，如Cu(OH)2，Ni(OH)2，Co(OH)2等，在许多的光催化分解水中是合适的水还原助催化剂或水氧化助催化剂。将过渡金属氢氧化物与g-C3N4复合，用于光催化产氢具有广阔的应用前景。
二维层状的复合光催化剂之间存在更大的界面接触面积，产生更有效的界面电荷转移能力，加速电子-空穴对的分离，能有效提高光催化活性，是一种理想的光催化材料形貌。如何将过渡氢氧化物负载在石墨氮化碳上，以提高光催化效率是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用，以解决现有g-C3N4光催化分解水产氢效率不高的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
一种二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将三聚氰胺置于马弗炉中煅烧，得到g-C3N4；
S2、将所述g-C3N4研磨成粉末，加入到去离子水中，超声分散为g-C3N4悬浮液；
S3、向所述g-C3N4悬浮液内加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，搅拌第一时间后，滴加氨水，然后转移至高压釜内进行水热反应，后处理即得到二维层状三元纳米复合光催化剂。
上述技术方案中，可选地，S1中，所述煅烧条件包括：惰性气氛、马弗炉程序升温的速率5℃/min、煅烧温度300-650℃、煅烧时间1-4h。
上述技术方案中，可选地，S2中，所述超声分散的时间为1-120min。
上述技术方案中，可选地，S3中，所述g-C3N4悬浮液、所述六水合硝酸镍和所述六水合硝酸钴的摩尔比为1：(0.01-0.1)：(0.01-0.1)。
上述技术方案中，可选地，S3中，所述第一时间为5.5-6.5h，所述水热反应的温度为60-180℃，反应时间为2.5-3.5h。
上述技术方案中，可选地，S3中，所述氨水的浓度为25wt％。
上述技术方案中，可选地，所述后处理包括：将水热反应的产物冷却至室温后，离心、洗涤、干燥处理。
上述技术方案中，可选地，所述干燥处理时的温度为80℃，干燥时间为 24h。
本发明另一目的在于提供一种二维层状三元纳米复合光催化剂，采用上述所述的二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法制得。
本发明第三目的在于提供一种二维层状三元纳米复合光催化剂在光催化分解水产氢领域的应用。
相对于现有技术，本发明提供的二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用具有以下优势：
(1)本发明同时引入水还原助催化剂和水氧化助催化剂，在两者协同作用下，加速电子-空穴的分离，提高催化效率；采取二维层状结构的材料进行复合，增大了界面接触面积，加快了界面电荷的转移，有效的提高了光催化活性。
(2)本发明用过渡金属氢氧化物代替贵金属助催化剂，减少生产成本，符合绿色发展理念，为g-C3N4复合材料提供新的可能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4， Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2样品的XRD X-射线衍射图谱和FTIR红外图谱；
图2为本发明实施例所述的Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2样品的TEM透射电镜图和HRTEM高分辨透射电镜图；
图3为本发明实施例所述的g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4， Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的UV-vis紫外-可见光光谱；
图4为本发明实施例所述的Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的XPS X-射线光电子能谱；
图5为本发明实施例所述的g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4， Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的氮气吸附-解吸等温曲线；
图6为本发明实施例所述的g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4， Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2，1wt％Pt/g-C3N4，Ni(OH)2，Co(OH)2的光催化产氢活性对比图；
图7为本发明实施例所述的助催化剂负载量对Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2光催化活性的影响对比图；
图8为本发明实施例所述的g-C3N4和Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的瞬态光电流响应和电化学阻抗图；
图9为本发明实施例所述的Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2光催化剂的产氢机理示意图；
图10为本发明实施例所述的Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2光催化剂循环实验产氢活性图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式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。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语均属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。
本发明实施例提供了一种二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将三聚氰胺置于马弗炉中煅烧，得到g-C3N4；
S2、将g-C3N4研磨成粉末，加入到去离子水中，超声分散为g-C3N4悬浮液；
S3、向g-C3N4悬浮液内加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，搅拌第一时间后，滴加氨水，然后转移至高压釜内进行水热反应，后处理即得到二维层状三元纳米复合光催化剂Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2。
本发明通过水热-沉淀技术，在特氟隆衬里的高压釜中反应，用层状 Co(OH)2和Ni(OH)2纳米片来修饰片状g-C3N4，制备二维层状三元纳米复合光催化剂。两种过渡金属氢氧化物分别作为WRC减水助催化剂和WOC水氧化助催化剂共同负载，表面改性的Co(OH)2纳米片作为空穴收集器和氧化活性部位，Ni(OH)2纳米片作为电子捕获剂和氢活性部位，抑制了光生电子-空穴的复合，两者协同作用可以提高g-C3N4的光催化分解水产氢性能，使其能更好的应用于光催化产氢领域。
具体地，步骤S1中，煅烧条件包括：惰性气氛、马弗炉程序升温的速率5℃/min、煅烧温度300-650℃、煅烧时间1-4h。其中，所用三聚氰胺纯度为分析纯，惰性气氛为氮气。
步骤S2中，研磨g-C3N4采用玛瑙研体，研磨之后的g-C3N4粉末，取出 1g超声分散在去离子水中，超声分散的时间为1-120min。
步骤S3中，g-C3N4悬浮液、六水合硝酸镍和六水合硝酸钴的摩尔比为1： (0.01-0.1)：(0.01-0.1)。第一时间为5.5-6.5h，优选为5h；水热反应的温度为 60-180℃，反应时间为2.5-3.5h，氨水的浓度为25wt％。
进一步地，步骤S3中，后处理包括：将水热反应的产物冷却至室温后，离心、洗涤、干燥处理。其中，干燥处理时的温度为80℃，干燥时间为24h。
也即，向步骤2的悬浮液中加入分析纯级别的六水合硝酸镍0.05-0.1g和六水合硝酸钴0.05-0.1g，在室温下充分搅拌5.5-6.5h后，滴加1-5mL氨水，然后将混合溶液转入到100mL高压釜中，于60-180℃下加热2.5-3.5h；等产物冷却至室温之后，离心，采用去离子水和乙醇分别洗涤3次，最后在80℃烘箱下中干燥24h，即得到二维层状三元纳米复合光催化剂 Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2。
本发明同时引入水还原助催化剂和水氧化助催化剂，在两者协同作用下，加速电子-空穴的分离，提高催化效率；采取二维层状结构的材料进行复合，增大了界面接触面积，加快了界面电荷的转移，有效的提高了光催化活性。此外，过渡金属氢氧化物代替贵金属助催化剂，减少生产成本，符合绿色发展理念，为g-C3N4复合材料提供新的可能。
本发明另一目的在于提供一种二维层状三元纳米复合光催化剂，采用上述的二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法制得。该复合光催化剂催化活性较高，产氢率达到899μmol/g·h，优于纯相g-C3N4和Pt-g-C3N4样品的产氢效率。
本发明第三目的在于提供一种二维层状三元纳米复合光催化剂在光催化分解水产氢领域的应用。
在上述实施例的基础上，下面结合基于二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法，以及性能分析，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按质量计算。
实施例1
本实施例提供了一种二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备g-C3N4纳米片：将三聚氰胺置于马弗炉中，马弗炉的程序升温速率为5℃/min，煅烧时间为2h，煅烧温度为550℃，反应在氮气氛围下进行，冷却至室温后取出，用玛瑙研体研磨，制得纯相g-C3N4纳米片；
2)将1g的g-C3N4粉末分散水中，超声处理30min，制得分散均匀的悬浮液；
3)向悬浮液中加入0.094g六水合硝酸钴和0.095g六水合硝酸镍，室温搅拌6h之后，滴入25wt％的氨水1.2mL，然后将混合溶液转入100mL高压釜中，在150℃下水热-沉淀反应3h，最后将收集到的产物冷却，离心，用去离子水和乙醇各洗涤3次，后在80℃烘箱中干燥24h，得到二维层状三元纳米复合光催化剂Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2。
(一)对实施例1制备的二维层状三元纳米复合光催化剂进行结构、性能分析
二维层状三元纳米复合光催化剂Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的微结构的表征方法为：使用Cu靶Ka为X-射线源，扫描速率为0.05o s-1的X-射线衍射仪上得到的X-射线衍射(XRD)谱图来确定晶相和晶粒尺寸。
通过在15kV的加速电压下操作的电子显微镜上的场发射扫描电子显微镜(FESEM)来表征样品的形态。
通过透射电子显微镜(TEM)在带有电场发射枪的显微镜下以200kV加速电压进一步观察形态。
使用BaSO4粉末作为参考标准，通过紫外可见分光光度计研究紫外可见漫反射光谱。
粉末样品的比表面积是通过氮吸附的方法在型号为Micromeritics ASAP 2020(USA)的氮吸附仪器上进行测试，在进行氮吸附测量之前，将所有样品在 150℃下脱气。
样品的BET表面积是通过多点BET法，利用相对压力(P/P0)为0.05-0.25 范围内的吸附数据计算出来的。
孔径分布是通过Barrett-Joyner-Halenda(BJH)方法利用解吸数据测量的。孔体积和平均孔尺寸，利用相对压力(P/P0)为0.972时的氮吸附量确定。
X-射线光电子能谱(XPS)测量是通过超高真空VG通道检测器进行的。使用双阳极的Al靶Ka(1486.7eV)辐射(在300W下操作)以恒定分析仪能量模式 30eV的能量激发光谱。
在荧光分光光度计(F-7000)上以350nm的激发获得光致发光(PL)发射光谱。通过FLS920荧光寿命分光光度计(Edinburgh Instruments，UK)，以硅胶为参照标准，以375nm的激发光和540nm的检测波长，对时间分辨的荧光发射光谱进行了测量。
图1为g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2样品的XRDX-射线衍射图谱和FTIR红外图谱；从图1可以看出，纯相g-C3N4与改性g-C3N4，具有相似的XRD图谱，在13.1°的峰为(100)平面，对应于三嗪内重复结构单元，另一个27.4°的峰归因于石墨堆积的特征峰(002)。负载 Ni(OH)2或Co(OH)2纳米片后，特征峰强度逐渐降低，相似的峰位置和峰形状表明，g-C3N4的整体结构在改性后未被破坏。由于低含量和均匀分散，未检测到Ni(OH)2和Co(OH)2的特征衍射峰，FTIR图谱显示所有样品均在800cm-1和1200-1700cm-1附近出现特征峰，这些峰可以归因于三嗪单元振动以及含氮化学键的拉伸和弯曲，此外3200cm-1附近的宽带可归因于缩合的末端氨基的拉伸和从空气中吸收的表面水分子。Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2样品在大约 3640cm-1处的弱峰可以识别为Ni(OH)2或Co(OH)2的信号，结果表明实施例1 成功制备了二维层状三元纳米复合光催化剂，并未明显破坏g-C3N4的结构。
图2为Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2样品的TEM透射电镜图和HRTEM高分辨透射电镜图，从图2可以看出，Ni(OH)2与Co(OH)2均呈现六边形片状结构，并且Co(OH)2纳米片尺寸大于Ni(OH)2纳米片；图2(C)中，从垂直角度可以看到0.240nm的晶格间距，这表明本发明制备的Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2复合材料的紧密接触可充分利用组分间的电荷转移，从而改善光催化活性。
图3为g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的UV-vis紫外-可见光光谱，从图3可以看出，二维层状三元纳米复合光催化剂的吸收边均出现明显的蓝移，表明复合光催化剂中g-C3N4纳米片的尺寸和厚度减小，复合光催化剂在可见光区域显示增强的吸收，归因于Co(OH)2和 Ni(OH)2的吸收。
图4为Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的XPS X-射线光电子能谱，如图4(a)所示，C 1s谱图可以解卷积为两个不同的峰，其结合能分别为284.9和287.9eV，前一个峰归因于sp2杂化的C-C键，后一个是g-C3N4杂环(N-C＝N)中的sp2键合碳。如图4(b)所示，N 1s光电子信号可以观察到398.1eV，399.8eV，401.9 eV和404.6eV的四个峰，这四个峰分别是CN＝C(398.1eV)，叔氮N-(C)3组 (399.8eV)，氨基官能的C-N-H基团(401.9eV)和激发基团(404.6eV),C 1s和N 1s的所有峰均与原始g-C3N4的峰一致。如图4(c)所示，O 1s光谱可以拟合为三个分别位于530.8、531.5和533.4eV的峰，这些峰可以分配给Ni-O-H， Co-O-H键和表面羟基。如图4(d)所示，Co 2p谱图显示了在780.6eV(Co 2p3/2) 和796.5eV(Co 2p1/2)处的两个峰，并带有两个小的共振卫星峰，这可以归因于Co(OH)2中的Co2+和Co3+。如图4(e)所示，Ni 2p的高分辨率光谱显示了两个突出的峰，它们的自旋能分别集中在873.5eV(Ni2p1/2)和855.8eV(Ni 2p3/2) 处，这是Ni(OH)2中典型的Ni。这表明Ni(OH)2和Co(OH)2与表面富电子的 g-C3N4之间具有很强的化学相互作用，三者相互之间牢固的层状连接改善了电荷分离。
图5为g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的氮气吸附-解吸等温曲线，从图5可以看出，所有样品均为IV型等温线，具有H3型磁滞回线；样品孔径分布为5-100nm宽孔径分布范围，证明了中孔和大孔的存在，所有复合催化剂样品的BET表面积和孔参数均有所增加。这说明在水热处理过程中，二维层状三元纳米复合光催化剂之间形成分层结构，有效抑制g-C3N4的聚集，减小了尺寸和厚度，复合光催化剂增加的比表面积和孔体积可以提供更多的光催化活性位点，有利于电荷转移和扩散，增强催化性能。
图8为g-C3N4和Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2的瞬态光电流响应和电化学阻抗图，从图8可以看出，Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2产生的光电流比g-C3N4的光电流高，表明光诱导的电子-空穴对分离效率更高，光生电荷载流子的寿命更长。电化学阻抗谱结果显示，Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2样品的电弧半径较小，意味着电子-空穴对的转移更快，分离更有效率，与光电流响应相符。
对g-C3N4与Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2样品进行光致发光光谱和衰减测试，以揭示半导体中电子-空穴对的迁移和复合过程。经测试发现，g-C3N4的宽发射峰约在460nm处，为电子-空穴对的带隙重组，Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2显示同样的发射峰位置，但PL强度显著降低，说明助催化剂可以降低光生电子 -空穴对的复合速率，从而提高光催化活性。衰减时间的动力学研究表明，引入助催化剂之后，NCC复合材料的电荷载流子寿命缩短，有效地抑制了g-C3N4的电荷复合率。
图9为Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2光催化剂的产氢机理示意图，从图9可以看出，g-C3N4，Ni(OH)2，Co(OH)2之间形成牢固的层状结构，可见光照射下，电子从g-C3N4的VB激发到CB，在VB上产生空穴，之后CB上的光生电子注入Ni(OH)2纳米片中，Ni(OH)2作为水还原助催化剂，可以用作电子受体来延长电荷载流子的寿命，光致电子化的电子可以有效的转移还原H+为H2分子。另一方面，由于不同化学状态的氧化还原转化，Co(OH)2纳米片可以视为水氧化助催化剂，并用作空穴收集剂，高浓度的空穴在Co(OH)2积累，可有效的将Co2+氧化为Co3+，Co4+，高价态的Co随后被TEOA(给电子体)还原，这种循环可以保证光催化过程中的稳定性。
(二)二维层状三元纳米复合光催化剂的光催化产氢活性分析
为了证明助催化剂Co(OH)2和Ni(OH)2对提高g-C3N4光催化剂可见光催化分解水产氢活性的影响，在只改变助催化剂的条件下，比较g-C3N4， Co(OH)2/g-C3N4(图中简称CC)，Ni(OH)2/g-C3N4(图中简称CN)， Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2(图中简称NCC)，1wt％Pt/g-C3N4，Ni(OH)2，Co(OH)2的光催化产氢活性，结果如图6所示。
可见光光催化分解水产氢的活性研究是在常温常压下于100mL三颈瓶反应器中进行的，光源为300WXe灯，通过紫外截止滤光片，烧瓶上的光强度约为150mW/cm-2。将50mg样品粉末超声分散在80mL(10vol％)三乙醇胺水溶液中，得到分散均匀的溶液。照射前，将悬浮液用氮气鼓泡30min，完全除去溶解的氧气，确保实验处于厌氧环境。为了保证催化剂颗粒保持悬浮状态，在反应器底部进行连续的磁力搅拌，间歇性地取样0.4mL气体，采用气相色谱(GC-14C，Shimadzu，Japan，TCD，N2为载气，5A分子筛)检测。
从图6可以看出，采用TEOA作为给电子体，结果显示纯g-C3N4光催化生成氢速率太低，无法检测；在有助催化剂存在下，催化活性显著提高， Ni(OH)2作为电子吸收体，加速g-C3N4的光生电子传输，Co(OH)2中Co离子的氧化还原转化，用于捕集光催化剂中的空穴，因此可以增强催化活性，三元复合材料的产氢活性达到899μmol/g·h，是CN的4倍，CC的1.9倍，同时也优于Pt-g-C3N4(1wt％)样品，证明Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2三元复合纳米光催化剂的产氢活性最佳。
(三)不同助催化剂负载量对二维层状三元纳米复合光催化剂的光催化产氢活性的影响
通过在水热反应步骤中，改变助催化剂加入的量分别为1wt％、3wt％、5wt％，同时水热温度固定在150℃，时间固定在3h，其他条件不变，将不同条件下制得的二维层状三元纳米复合光催化剂进行可见光光催化分解水产氢的活性研究，反应条件如上所述，测试结果如图7所示。
从图7可以看出，不论是采用Co(OH)2还是Ni(OH)2助催化剂，过高的负载量可能会屏蔽入射光并充当电荷复合中心，导致催化活性降低。只有当助催化剂的负载量适中，也即相较于1wt％与5wt％的负载量，当负载量为3wt％时，可获得最高的产氢率476和224μmol/g·h。
(四)助催化剂对样品比表面积、孔径、孔容的影响
对g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4，Ni(OH)2/g-C3N4，Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2， Co(OH)2，Ni(OH)2样品进行了BET测试，结果见表1。
表1各样品的比表面积，孔体积，孔径大小
从表1可以看出，与纯相g-C3N4相比，所有复合催化剂样品的BET表面积和孔体积均显著增加，特别是Co(OH)2/g-C3N4/Ni(OH)2复合材料的BET表面积最大。这是因为在水热处理中，Co(OH)2和Ni(OH)2纳米片与g-C3N4具有强烈的相互作用，形成分层结构，有效地抑制g-C3N4的聚集，减小尺寸和厚度，复合材料比表面积和孔体积的增加，可以提供更多的光催化反应活性位点，有利于电荷转移，增强光催化性能。
(五)二维层状三元纳米复合光催化剂的稳定性和循环利用性
测试方法如下：在其他条件不变的情况下，每3h向反应系统中通入氮气鼓泡30min，除去内部的氢气，将复合光催化剂循环使用四次12h，记录下每次循环的产氢活性，结果如图10所示。
从图10可以看出，二维层状三元纳米复合光催化剂的催化活性会随着循环次数的增加而降低，但活性降低不明显，这证明本发明制备的二维层状三元纳米复合光催化剂具有高稳定性和循环利用能力。
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 (10)
1.一种二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将三聚氰胺置于马弗炉中煅烧，得到g-C3N4；
S2、将所述g-C3N4研磨成粉末，加入到去离子水中，超声分散为g-C3N4悬浮液；
S3、向所述g-C3N4悬浮液内加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，搅拌第一时间后，滴加氨水，然后转移至高压釜内进行水热反应，后处理即得到二维层状三元纳米复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述煅烧条件包括：惰性气氛、马弗炉程序升温的速率5℃/min、煅烧温度300-650℃、煅烧时间1-4h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述超声分散的时间为1-120min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述g-C3N4悬浮液、所述六水合硝酸镍和所述六水合硝酸钴的摩尔比为1：(0.01-0.1)：(0.01-0.1)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述第一时间为5.5-6.5h，所述水热反应的温度为60-180℃，反应时间为2.5-3.5h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述氨水的浓度为25wt％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述后处理包括：将水热反应的产物冷却至室温后，离心、洗涤、干燥处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理时的温度为80℃，干燥时间为24h。
9.一种二维层状三元纳米复合光催化剂，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法制得。
10.如权利要求9所述的一种二维层状三元纳米复合光催化剂在光催化分解水产氢领域的应用。
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| CN202110630680.5A CN113546658A (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用 |
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| CN202110630680.5A CN113546658A (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用 |
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| CN113546658A true CN113546658A (zh) | 2021-10-26 |
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| CN202110630680.5A Pending CN113546658A (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用 |
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN113546658A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114289047A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-08 | 江苏理工学院 | 一种氢氧化钴/氮化碳光催化材料及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109300703A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-02-01 | 浙江理工大学 | 钴镍双金属氢氧化物纳米片/氮化碳包覆氮掺杂中空石墨烯球复合材料及其制备方法和应用 |
| CN109950062A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-06-28 | 中原工学院 | 泡沫镍原位负载α-Co(OH)2/α-Ni(OH)2异质结纳米棒及制备方法与应用 |
| CN110876950A (zh) * | 2018-09-06 | 2020-03-13 | 天津大学 | 含有金属氢氧化物的复合材料及其制备方法和用途 |
-
2021
- 2021-06-07 CN CN202110630680.5A patent/CN113546658A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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