CN113976161B - 一种同质结光催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种同质结光催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113976161B CN113976161B CN202111354174.4A CN202111354174A CN113976161B CN 113976161 B CN113976161 B CN 113976161B CN 202111354174 A CN202111354174 A CN 202111354174A CN 113976161 B CN113976161 B CN 113976161B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photocatalyst
- amorphous
- homojunction
- high crystalline
- crystalline
- 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
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 15
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 14
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 23
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 23
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 9
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 abstract 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 3
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OWYWGLHRNBIFJP-UHFFFAOYSA-N Ipazine Chemical group CCN(CC)C1=NC(Cl)=NC(NC(C)C)=N1 OWYWGLHRNBIFJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
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
-
- B01J35/39—
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种同质结光催化剂及其制备方法，同质结光催化剂的化学成分按重量百分比为：20~80wt%的高晶态g‑C3N4，剩余的为非晶态g‑C3N4；所述的制备方法：将三聚氰胺经一步热聚合法合成高晶态g‑C3N4与非晶态g‑C3N4，然后将高晶态g‑C3N4与非晶态g‑C3N4混合，经过一步水热法合成了高晶态g‑C3N4/非晶态g‑C3N4同质结光催化剂。本发明将高晶态g‑C3N4与非晶态g‑C3N4相结合，合成了同质结光催化剂，极大地促进了光生载流子的分离和迁移速率，降低了电子空穴对的复合率。同时，本发明提高了光催化剂的表面积和亲水性，能够进一步促进产氢效率的提升。这种新型光催化剂光催化活性良好，制备工艺简单、生产成本低、容易操作、原料来源充足，在实际应用方面有很大的潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化剂及其制备方法，尤其涉及一种同质结光催化剂及其制备方法。
背景技术
光催化氧化技术，作为一种环保、低耗、操作简单、氧化能力强、反应速率快、应用范围广的新型高级氧化术，在光解水产氢方面展现出极大的应用潜力。半导体光催化剂可在太阳光的辐射下产生电子和空穴，具有强氧化能力的电子可以与水分子发生反应产生氢气。类石墨相氮化碳(简写为g-C3N4)，是一种典型的非金属半导体光催化剂，具有无毒性、稳定性高、成本低、合适的能带位置等优点，受到了广泛关注。然而，电子与空穴复合速率快、可见光吸收范围窄、比表面积小等固有缺陷限制了其实际应用。为了解决上述问题，国内外研究学者探索了大量的方法，如构建同质结、元素掺杂、提高结晶度等。
如中国专利CN 112675891 A公开了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。它先以煅烧法制备了高结晶氮化碳，又以高结晶氮化碳和钒酸铋为原料，通过水热法制合成钒酸铋高结晶氮化碳异质结光催化剂。相比于高结晶氮化碳与其它物质相结合形成异质结构，由具有不同暴露面或晶相的氮化碳组成的同质结构能够提供带键的连续性，并更有效地保持载流子在界面上的移动。而且本次工作仅需要在空气氛围内煅烧即可制备高结晶氮化碳，而CN 112675891 A报道中的高结晶氮化碳不仅需要在惰性气体氛围内煅烧，还需要KCl，LiCl作为原料，方法较为繁琐且成本较高。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种光催化性能优异的同质结光催化剂；本发明的另一目的在于提供一种制备工艺简单且生产成本低同质结光催化剂的其制备方法。
技术方案：本发明所述的一种同质结光催化剂，其化学成分按重量百分比为：20~80wt%的高晶态g-C3N4，剩余的为非晶态g-C3N4。
所述的同质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取的三聚氰胺在马弗炉中匀速升温加热并保温，待马弗炉冷却到室温后取出，研磨块体直至无明显颗粒，得到非晶态g-C3N4；
（2）称取三聚氰胺直接放入升温完毕的马弗炉中保温，待马弗炉冷却到室温后取出，研磨块体直至无明显颗粒，得到高晶态g-C3N4；
（3）将高晶态g-C3N4与非晶态g-C3N4在N，N-二甲基甲酰胺中搅拌混合均匀，倒入反应釜中加热，冷却到室温后取出，离心收集沉淀物；
（4）用乙醇和去离子水交替清洗沉淀物后进行干燥，将得到的样品放在玛瑙研钵中研磨后即得到所需要的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂。
优选地，所述步骤(1)中，马弗炉的升温速率为4.8～5.2℃/分钟，保温温度为540～550℃，保温时间为120～130min。
优选地，所述步骤(2)中，马弗炉的保温温度为540～550℃，保温时间为120～130min。
优选地，所述步骤(3)中，质量比为1:4~4:1。
优选地，所述步骤(3)中，加热温度为150-160℃，加热时间为3-3.5h。
优选地，所述步骤(4)中，清洗次数为3-4次。
优选地，所述步骤(4)中，干燥温度为55-60℃，干燥时间为18-24h。
优选地，所述同质结光催化剂是先由三聚氰胺经一步煅烧法合成高晶态g-C3N4与非晶态g-C3N4，再由高晶态g-C3N4与非晶态g-C3N4经过一步水热法合成高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂。
在光催化剂的制备中，提高结晶度被认为是一种有效的方法，因为它不仅能够提高电子(e-)与空穴(h+)的迁移速率，促进更多活性物质的形成，还可以增加光催化剂的比表面积，为反应提供更多的活性位点。此外，构建同质结光催化剂也是提高光催化活性的有效手段。同质结的构建能够进一步促进e-与h+的分离和转移，减低e--h+对的复合率；而且相比于由两种不同组份构成的异质结，同质结是由具有不同暴露面或晶相的同种催化剂组成，能够提供带键的连续性，并更有效地保持载流子在界面上的移动。因此，合成一种高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂能够为制备高效的碳基光催化剂提供更多的思路。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：（1）光催化性能优异，晶态/非晶态界面同质结的构建极大的促进了光生载流子的分离和转移速率，降低了电子空穴对的复合率，促进更多电子的形成并与水分子反应，提高了亲水性；提高了催化剂的比表面积，并且利用高晶态氮化碳亲水性更好的特点，更有效的促进分解水产氢反应的进行，高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4为6:4样品的产氢性能最佳，达到5534μmol/h/g；光催化剂在模拟海水中仍然保持着较为良好的析氢速率，接近在纯1q水中析氢效率的60％；（2）制备工艺简单且生产成本低，容易操作，没有二次污染的风险，在光解水产氢的实际应用方面有很大的潜力。
附图说明
图1为非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与本发明的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂的X射线衍射(XRD)图谱；
图2为非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与本发明的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂的傅里叶红外变换光谱(FT-IR)图谱；
图3为非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与实施例1的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂的N2吸附-脱附曲线（BET）图谱；
图4为实施例1的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂的高倍透射（HRTEM）图谱；
图5为非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与实施例1的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂的光电流（IT）图谱；
图6为非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与实施例1的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂的伏安特性曲线（LSV）图谱；
图7为本发明的不同质量比的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂之间的产氢性能图谱；
图8为本发明的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂在纯水中产氢与在海水中产氢的性能对比图谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
所述的同质结光催化剂，其化学成分按重量百分比为：60wt%的高晶态g-C3N4，40wt%非晶态g-C3N4。其制法如下：称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后放入马弗炉中匀以5℃/分钟的升温速率从室温加热到540℃，在炉内保温2h。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到非晶态g-C3N4。
称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后直接放入加热到540℃的马弗炉中保温2h。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到高晶态g-C3N4。
将60mg高晶态g-C3N4与40mg非晶态g-C3N4加入装有30ml的N,N-二甲基甲酰胺溶液的烧杯中搅拌2h，直至混合均匀。然后倒入高压反应釜，放入烘箱150℃加热3h。冷却到室温后取出，离心收集沉淀物。
用乙醇和去离子水交替清洗沉淀物三次，然后放入烘箱中58℃干燥20h，将得到的样品放在玛瑙研钵中研磨，收集备用，样品标记为HCCN/CAN-6:4。
实施例2
所述的同质结光催化剂，其化学成分按重量百分比为：20wt%的高晶态g-C3N4，80wt%非晶态g-C3N4。其制法如下：称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后放入马弗炉中匀以5℃/分钟的升温速率从室温加热到545℃，在炉内保温127min。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到非晶态g-C3N4。
称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后直接放入加热到545℃的马弗炉中保温130min。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到高晶态g-C3N4。
将20mg高晶态g-C3N4与80mg非晶态g-C3N4加入装有30ml的N,N-二甲基甲酰胺溶液的烧杯中搅拌2h，直至混合均匀，然后倒入高压反应釜，放入烘箱156℃加热3h。冷却到室温后取出，离心收集沉淀物。
用乙醇和去离子水交替清洗沉淀物三次，然后放入烘箱中55℃干燥18h，将得到的样品放在玛瑙研钵中研磨，收集备用，样品标记为HCCN/CAN-2:8。
实施例3
所述的同质结光催化剂，其化学成分按重量百分比为：40wt%的高晶态g-C3N4，60wt%非晶态g-C3N4。其制法如下：称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后放入马弗炉中匀以5.2℃/分钟的升温速率从室温加热到550℃，在炉内保温2h。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到非晶态g-C3N4。
称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后直接放入加热到550℃的马弗炉中保温110min。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到高晶态g-C3N4。
将40mg高晶态g-C3N4与60mg非晶态g-C3N4加入装有30ml的N,N-二甲基甲酰胺溶液的烧杯中搅拌130min，直至混合均匀，然后倒入高压反应釜，放入烘箱150℃加热3.5h。冷却到室温后取出，离心收集沉淀物。
用乙醇和去离子水交替清洗沉淀物四次，然后放入烘箱中60℃干燥20h，将得到的样品放在玛瑙研钵中研磨，收集备用，样品标记为HCCN/CAN-4:6。
实施例4
所述的同质结光催化剂，其化学成分按重量百分比为：80wt%的高晶态g-C3N4，20wt%非晶态g-C3N4。其制法如下：称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后放入马弗炉中匀以4.8℃/分钟的升温速率从室温加热到540℃，在炉内保温2h。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到非晶态g-C3N4。
称取2g的三聚氰胺倒入坩埚，然后直接放入加热到550℃的马弗炉中保温2h。待炉子冷却到室温后取出坩埚，在玛瑙研钵上研磨坩埚内的块体直至无明显颗粒，得到高晶态g-C3N4。
将80mg高晶态g-C3N4与20mg非晶态g-C3N4加入装有30ml的N,N-二甲基甲酰胺溶液的烧杯中搅拌2h，直至混合均匀，然后倒入高压反应釜，放入烘箱160℃加热3.2h。冷却到室温后取出，离心收集沉淀物。
用乙醇和去离子水交替清洗沉淀物四次，然后放入烘箱中60℃干燥24h，将得到的样品放在玛瑙研钵中研磨，收集备用，样品标记为HCCN/CAN-8:2。
对实施例1-4中非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂进行XRD表征。使用具有CuKα辐射，其λ为0.1540558nm的推进型XRD衍射仪记录样品的粉末X射线衍射图案，数据收集采用θ/2θ扫描模式，在10°到80°范围内连续扫描完成，扫描速度为7°/min。如图1所示，所有样品均呈现与（100）和（002）面对应的特征峰。此外，相比于非结晶g-C3N4(ACN)，高晶态g-C3N4(HCCN)的的（002）峰变的更加尖锐，峰间距变窄，这代表了更高的结晶度。(002)峰的位置也向更高的角度偏转，这是由于HCCN的层间距离减小的缘故。
对实施例1-4中非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂进行FT-IR表征。如图2所示，位于810cm-1的峰值是由于七嗪环的拉伸振动引起的。1225cm-1到1645cm-1与3100cm-1至3700cm-1范围内宽峰是由于C-N键/C=N键的震荡和-NH2的震动拉伸引起的。制备的所有样品展现出相似的红外光谱，意味氮化碳的基本结构并没有收到复合的影响。
将非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与实施例1制得的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂进行BET表征。如图3所示，利用氮吸附-脱附曲线可以得到样品的比表面积。制备的三种样品分别显示出复合IV型曲线，ACN，HCCN与HCCN/CAN-6:4的比表面积分别为12.53，18.24和19.42m2g-1。相比于两种纯相的样品，复合样品的比表面积明显增加，这能够为光催化反应带来更多的反应活性位点，促进光解水产氢反应的进行。
将实施例1制得的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂进行HRTEM表征。如图4所示，可以看到图片的上半部分分布着明显的晶格条纹，对应于HCCN的(002)晶面。而图片的下半部分呈现无序结构，对应着典型的体相g-C3N4的晶面形貌。图中的有序/无序晶面紧密结合在一起，证明了高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂的成功合成。
将非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与实施例1制得的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂进行IT表征。如图5所示，显然，HCCN/ACN-6:4样品相比于纯相的ACN与HCCN来说具有更高的光电流信号，说明同质结的构建大大提升了光生载流子的分离和迁移速率，能够利用更多的电子来与水分子反应生成氢气，进而提高整个光催化体系的产氢效率。
将非晶态g-C3N4、高晶态g-C3N4与实施例1制得的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂进行LSV表征。如图6所示，相比与纯相的ACN与HCCN，HCCN/ACN-6:4样品的过电位更小。这表明，HCCN/ACN-6:4样品作为光催化剂可以降低光催化H2演化的起始电位，提高光解水析氢的速率。
对实施例1-4中所制备的所有样品进行光催化产氢性能测试。如图7所示，可以明显看到复合样品的产氢效率均高于两个纯相的样品，且HCCN/ACN-6:4样品的产氢性能最佳，达到5534μmol/h/g，分别是ACN与HCCN的6.6倍与2.9倍。产氢效率提升的原因可以归因于以下三点：（1）同质结的构建加快了光生载流子的分离和迁移速率，降低了电子空穴对的复合率；（2）光催化剂比表面积的增加为光催化剂提供了更多的反应活性位点，提高了析氢速率；（3）催化剂亲水性提升，能够使得催化剂更好的与水分子接触从而发生反应。
对实施例1-4中高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂进了纯水与模拟海水下的产氢性能对比。如图8所示，可以看到光催化剂在模拟海水中仍然保持着较为良好的析氢速率，接近在纯1q水中析氢效率的60％。这充分说明了催化剂在对于复杂环境有着良好的适应能力，具备实际应用的潜力。
Claims (5)
1.一种同质结光催化剂，其特征在于，其化学成分按重量百分比为：20~80wt%的高晶态g-C3N4，剩余的为非晶态g-C3N4，该同质结光催化剂的制备方法包括如下步骤：
（1）称取三聚氰胺在马弗炉中匀速升温加热并保温，马弗炉的升温速率为4.8～5.2℃/分钟，保温温度为540～550℃，保温时间为120～130min，待马弗炉冷却到室温后取出，研磨块体直至无明显颗粒，得到非晶态g-C3N4；
（2）称取三聚氰胺直接放入升温完毕的马弗炉中保温，马弗炉的保温温度为540～550℃，保温时间为120～130min，待马弗炉冷却到室温后取出，研磨块体直至无明显颗粒，得到高晶态g-C3N4；
（3）将高晶态g-C3N4与非晶态g-C3N4在N，N-二甲基甲酰胺中搅拌混合均匀，倒入反应釜中150-160℃加热3-3.5h，冷却到室温后取出，离心收集沉淀物；
（4）用乙醇和去离子水交替清洗沉淀物后进行干燥，将得到的样品放在玛瑙研钵中研磨后即得到所需要的高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂。
2.根据权利要求1所述的同质结光催化剂，其特征在于，所述步骤(3)中，质量比为1:4~4:1。
3.根据权利要求1所述的同质结光催化剂，其特征在于，所述步骤(4)中，清洗次数为3-4次。
4.根据权利要求1所述的同质结光催化剂，其特征在于，所述步骤(4)中，干燥温度为55-60℃，干燥时间为18-24h。
5.根据权利要求1所述的同质结光催化剂，其特征在于，所述同质结光催化剂是先由三聚氰胺经一步煅烧法合成高晶态g-C3N4与非晶态g-C3N4，再由高晶态g-C3N4与非晶态g-C3N4经过一步水热法合成高晶态g-C3N4/非晶态g-C3N4同质结光催化剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111354174.4A CN113976161B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种同质结光催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111354174.4A CN113976161B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种同质结光催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113976161A CN113976161A (zh) | 2022-01-28 |
| CN113976161B true CN113976161B (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=79748752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111354174.4A Active CN113976161B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种同质结光催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113976161B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115445650B (zh) * | 2022-10-08 | 2023-08-11 | 青岛农业大学 | 一种氮化碳材料、其制备方法及应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105664997A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-06-15 | 中国海洋大学 | 一种氮化碳异质结光催化剂的制备方法和应用 |
| CN108126728A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-08 | 济南大学 | 一种g-C3N4/g-C3N4无金属同质异构结的制备方法及所得产品和应用 |
| CN109534307A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-03-29 | 济南大学 | 一种g-C3N4晶相/非晶相同质结及其制备方法和应用 |
| CN111450864A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-07-28 | 江苏大学 | 一种氮化碳同质结光催化剂及制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111354174.4A patent/CN113976161B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105664997A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-06-15 | 中国海洋大学 | 一种氮化碳异质结光催化剂的制备方法和应用 |
| CN108126728A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-08 | 济南大学 | 一种g-C3N4/g-C3N4无金属同质异构结的制备方法及所得产品和应用 |
| CN109534307A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-03-29 | 济南大学 | 一种g-C3N4晶相/非晶相同质结及其制备方法和应用 |
| CN111450864A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-07-28 | 江苏大学 | 一种氮化碳同质结光催化剂及制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113976161A (zh) | 2022-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111468131B (zh) | 一种具有高催化氧化活性LaCoO3催化剂的合成方法 | |
| CN114367299B (zh) | 光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
| CN109759064B (zh) | 一种Co@C/生物质催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107983387B (zh) | 一种氮化碳/硒酸铋复合材料的制备方法与应用 | |
| CN112473713A (zh) | 一种用于光催化分解水产氢的硫掺杂晶体氮化碳及其制备方法和应用 | |
| CN113086955A (zh) | 光催化固氮的碳缺陷型氮化碳材料的制备方法 | |
| CN112473712A (zh) | 采用不同气氛处理的CeO2/g-C3N4异质结材料及其制备方法和应用 | |
| CN113198505A (zh) | 一种钛酸铋钠/石墨相氮化碳异质结压电光催化剂及其制备方法 | |
| CN113976161B (zh) | 一种同质结光催化剂及其制备方法 | |
| CN112495412A (zh) | 一种多孔薄层石墨相氮化碳及制备方法和应用 | |
| CN114920219A (zh) | 一种具有七嗪环结构的球形结晶氮化碳的制备方法和应用 | |
| CN111889127B (zh) | 一种原位生长制备β-Bi2O3/g-C3N4纳米复合光催化剂的方法 | |
| CN113385210A (zh) | 一种光催化制氢催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN116726973A (zh) | 花球状硫铟锌/氮化碳异质结光催化剂及制备方法与应用 | |
| CN113441165B (zh) | 一种VN/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN115178277A (zh) | 一种掺杂的Co3O4纳米材料及其应用 | |
| CN111715257B (zh) | Co2环加成反应催化剂、其制备方法及应用 | |
| CN114904511A (zh) | 一种基于SmMnO3钙钛矿的CO2热化学转化材料制备方法和应用 | |
| CN113877556A (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 | |
| CN111468133A (zh) | 一种铌酸钾/α-氧化铁异质光催化剂的制备方法 | |
| CN114917919B (zh) | 一种铋钨钴多酸盐与氮化碳复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN114645285B (zh) | 一种VN/Ni微米花复合电催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN115090291B (zh) | 一种耦合钙循环二氧化碳捕集和甲烷干重整制合成气的催化剂制备方法及应用 | |
| CN115283002B (zh) | 氮化碳-磷化镍-结晶红磷复合光催化剂制备方法及应用 | |
| CN115779932B (zh) | 一种V-CdS/NiS2复合光催化剂的制备方法 |
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 |