CN113976163A - 一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法 - Google Patents
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113976163A CN113976163A CN202111387616.5A CN202111387616A CN113976163A CN 113976163 A CN113976163 A CN 113976163A CN 202111387616 A CN202111387616 A CN 202111387616A CN 113976163 A CN113976163 A CN 113976163A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron
- nitrogen
- carbon
- containing compound
- phase
- 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.)
- Pending
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 64
- DZVPMKQTULWACF-UHFFFAOYSA-N [B].[C].[N] Chemical compound [B].[C].[N] DZVPMKQTULWACF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 28
- -1 nitrogen-containing compound Chemical class 0.000 claims abstract description 28
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-tetramine Chemical compound NCCNCCNCCN VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 9
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 7
- BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N trisodium borate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]B([O-])[O-] BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229960001922 sodium perborate Drugs 0.000 claims description 5
- YKLJGMBLPUQQOI-UHFFFAOYSA-M sodium;oxidooxy(oxo)borane Chemical compound [Na+].[O-]OB=O YKLJGMBLPUQQOI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- PPWPWBNSKBDSPK-UHFFFAOYSA-N [B].[C] Chemical compound [B].[C] PPWPWBNSKBDSPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- RUSUZAGBORAKPY-UHFFFAOYSA-N acetic acid;n'-[2-(2-aminoethylamino)ethyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound CC(O)=O.CC(O)=O.CC(O)=O.CC(O)=O.CC(O)=O.CC(O)=O.NCCNCCNCCN RUSUZAGBORAKPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- ODZZIKZQNODXFS-UHFFFAOYSA-N n,n'-dimethyl-n'-[2-(methylamino)ethyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound CNCCN(C)CCNC ODZZIKZQNODXFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010923 batch production Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 10
- 229960001124 trientine Drugs 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- RAEOEMDZDMCHJA-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl-[2-[2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl-(carboxymethyl)amino]ethyl]amino]acetic acid Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(=O)O)CCN(CCN(CC(O)=O)CC(O)=O)CC(O)=O RAEOEMDZDMCHJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JBANFLSTOJPTFW-UHFFFAOYSA-N azane;boron Chemical compound [B].N JBANFLSTOJPTFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N trimethylborane Chemical compound CB(C)C WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000085 borane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005839 oxidative dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 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
- 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
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/40—Carbon monoxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。其技术方案是：按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(0.25～4)∶(50～100)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～20min，再于90～95℃条件下搅拌3～5h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～110℃条件下保温20～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1100～1300℃条件下热处理3～5h，制得非分相硼碳氮光催化材料。本发明工艺简单和生产成本低，适于批量生产；所制备的非分相硼碳氮光催化材料含碳量及能带结构可控、光催化效率高。
Description
技术领域
本发明属于硼碳氮光催化材料技术领域。具体涉及一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。
背景技术
光催化析氢析氧和二氧化碳还原等技术是解决环境及能源危机的有效手段之一。目前研究中，非金属光催化材料h-BCN被证明是一类具有潜力的新兴光催化材料。由于h-BCN具有类似于石墨烯的六方蜂窝结构，且其带宽可以在0～5.6eV可调，因此，在光催化领域表现出极大的应用前景。
美国莱斯大学的慈立杰教授(CI L,SONG L,JIN C,et al.Atomic layers ofhybridized boron nitride and graphene domains[J].Nat Mater,2010,9,430-5.)等人采用热催化CVD法，分别以甲烷(CH4)和氨硼烷(NH3-BH3)为C源和BN源，在Cu基片上成功合成了厚度均匀的h-BCN，快速傅里叶变换(FFT)图形显示其为1～3层结构。该制备方法所使用原料均为易燃易爆物质，且氨硼烷价格十分昂贵。
清华大学王恩哥教授课题组(WANG H,ZHAO C,LIU L,et al.Towards thecontrolled CVD growth of graphitic B-C-N atomic layer films:The key role ofB-C delivery molecular precursor[J].Nano Research,2016,9(5):1221-35.)以三甲基硼烷(TMB，B(CH3)3)和NH3为原料，利用CVD法合成了具有一定混合相结构的单层h-BCN薄膜，该方法仅适合制备h-BCN薄膜材料，产量低，且所使用的三甲基硼烷为易燃易爆物质。
Sumit Beniwal小组(BENIWAL S,HOOPER J,MILLER D P,et al.Graphene-likeBoron-Carbon-Nitrogen Monolayers[J].ACS Nano,2017,11(3):2486-93.)用双BN环己烷热诱导脱氢反应生成了非分相硼碳氮材料，克服了结构分相的难题。但该方法中所使用原料为双BN环己烷，所制备的h-BCN材料工艺复杂且成本昂贵。
王心晨教授课题组(GUO F S,YANG P J,PAN Z M,et al.Carbon-Doped BNNanosheets for the Oxidative Dehydrogenation of Ethylbenzene[J].Angew ChemInt Edit,2017,56(28):8231-5)将葡萄糖与硼酸和尿素混合，在氨气气氛下高温热解制备二维多孔BCN纳米片，通过改变葡萄糖的用量来调控C原子的浓度，对BCN的XPS测量光谱图进行分析，可以认为是BN和C的分相结构，但合成的h-BCN光催化CO2还原效率仅为38μmol/g·h。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低廉和能批量生产的非分相硼碳氮光催化材料的制备方法；用该方法制备的非分相硼碳氮光催化材料含碳量及能带结构可控、光催化效率高。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(0.25～4)∶(50～100)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～20min，再于90～95℃条件下搅拌3～5h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～110℃条件下保温20～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1100～1300℃条件下热处理3～5h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸、硼酸钠和过硼酸钠中的一种；所述含硼化合物的纯度≥99％。
所述含氮化合物为二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙烯四胺六乙酸、三亚乙基四胺和N,N',N”-三甲基二亚乙基三胺中的一种；所述含氮化合物的纯度≥98％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明采用的主要原料为硼酸、硼酸钠、过硼酸钠以及二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙烯四胺六乙酸、三亚乙基四胺和N,N',N”-三甲基二亚乙基三胺，来源广泛，生产成本低；在制备过程中只需将含硼化合物、含氮化合物和水混合，不同条件下搅拌两次，在氨气气氛和1100～1300℃条件下热处理3～5h，制得非分相硼碳氮光催化材料，工艺简单，适于批量生产。
2、本发明针对现有技术合成的硼碳氮材料结构易分相的问题，采用有机-无机杂化前驱体的方法，在前驱体中构筑B-N-C键，进而在高温热处理过程中直接获得非分相硼碳氮光催化材料，从而克服硼碳氮材料结构易分相的难题。
3、本发明获得的非分相硼碳氮光催化材料含碳量及能带结构可控，B、C、N三种元素分布均匀，为光生载流子的转移提供了连续的通道，光催化效率高。
本发明所制备的非分相硼碳氮光催化材料经检测：碳含量为5～20wt％可调，能带宽度为3.0～1.5eV可调，在1KW/m2太阳光强度下的CO2还原效率为50～200μmol/g·h。
因此，本发明工艺简单、成本低廉和适于批量生产；所制备的非分相硼碳氮光催化材料含碳量及能带结构可控，光催化效率高。
附图说明
图1本发明制备的一种非分相硼碳氮光催化材料的实物照片；
图2为图1所示的非分相硼碳氮光催化材料的13C NMR图谱；
图3为图1所示的非分相硼碳氮光催化材料的拉曼光谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述含硼化合物的纯度≥99％。
所述含氮化合物的纯度≥98％。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(0.25～0.5)∶(95～100)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～15min，再于90～95℃条件下搅拌3～4h，得到混合溶液；将所述混合溶液于100～110℃条件下保温23～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1250～1300℃条件下热处理3～4h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸。
所述含氮化合物为二乙烯三胺。
实施例2
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(0.25～1.0)∶(90～95)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌15～20min，再于90～95℃条件下搅拌4～5h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～100℃条件下保温22～23h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1200～1250℃条件下热处理4～5h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸钠。
所述含氮化合物为三乙烯四胺。
实施例3
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(1.0～1.5)∶(85～90)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～15min，再于90～95℃条件下搅拌3～4h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～100℃条件下保温21～22h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1150～1200℃条件下热处理3～4h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为过硼酸钠。
所述含氮化合物为三乙烯四胺六乙酸。
本实施例1-3所制备的非分相硼碳氮光催化材料经检测：碳含量为5～14wt％可调，能带宽度为2.2～3.0eV可调，在1KW/m2太阳光强度下的CO2还原效率为50～105μmol/gvh。
实施例4
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(1.5～2.0)∶(80～85)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌15～18min，再于90～95℃条件下搅拌3～4h，得到混合溶液；将所述混合溶液于100～110℃条件下保温20～21h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1100～1150℃条件下热处理3～5h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸。
所述含氮化合物为三亚乙基四胺。
实施例5
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(2.0～2.5)∶(75～80)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～15min，再于90～95℃条件下搅拌3～4h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～100℃条件下保温23～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1200～1250℃条件下热处理3～4h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸。
所述含氮化合物为N,N',N”-三甲基二亚乙基三胺。
实施例6
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(2.5～3.0)∶(60～75)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～15min，再于90～95℃条件下搅拌3～4h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～100℃条件下保温23～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1200～1250℃条件下热处理3～4h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸。
所述含氮化合物为N,N',N”-三甲基二亚乙基三胺。
本实施例4-6所制备的非分相硼碳氮光催化材料经检测：碳含量为9～17wt％可调，能带宽度为1.8～2.7eV可调，在1KW/m2太阳光强度下的CO2还原效率为125～200μmol/gvh。
实施例7
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(3.0～3.5)∶(55～60)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～15min，再于90～95℃条件下搅拌3～4h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～100℃条件下保温23～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1200～1250℃条件下热处理3～4h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸钠。
所述含氮化合物为二乙烯三胺。
实施例8
一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(3.5～4)∶(50～55)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～15min，再于90～95℃条件下搅拌3～4h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～100℃条件下保温23～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1200～1250℃条件下热处理3～4h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
所述含硼化合物为硼酸钠。
所述含氮化合物为二乙烯三胺。
本实施例7～8所制备的非分相硼碳氮光催化材料经检测：碳含量为12～20wt％可调，能带宽度为1.5～2.3eV可调，在1KW/m2太阳光强度下的CO2还原效率为75～150μmol/g·h。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点：
1、本具体实施方式采用的主要原料为硼酸、硼酸钠、过硼酸钠以及二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙烯四胺六乙酸、三亚乙基四胺和N,N',N”-三甲基二亚乙基三胺，来源广泛，生产成本低；在制备过程中只需将含硼化合物、含氮化合物和水混合，两次搅拌，干燥，在氨气气氛和1100～1300℃条件下热处理3～5h，制得非分相硼碳氮光催化材料，工艺简单，适于批量生产，所制备的非分相硼碳氮光催化材料如图1所示，图1是实施例1制备的一种非分相硼碳氮光催化材料的实物照片，从图1可以看出，所述制品能大批量生产。
2、本具体实施方式针对现有技术合成的硼碳氮材料结构易分相的问题，采用有机-无机杂化前驱体的方法，在前驱体中构筑B-N-C键，进而在高温热处理过程中直接获得非分相硼碳氮光催化材料，从而克服硼碳氮材料结构易分相的难题，所制备的非分相硼碳氮光催化材料如图2和图3所示，图2为图1所示的非分相硼碳氮光催化材料的13C NMR图谱；图3为图1所示的非分相硼碳氮光催化材料的拉曼光谱。从图2和3可以得出，C原子与B和N原子sp2杂化结合形成硼碳氮化合物，其晶格对称性相较于石墨和h-BN大大降低，未检测到代表h-BN相的E2g振动和代表石墨相的G模式的拉曼信号，表明所制备的h-BCN为非分相结构。
3、本具体实施方式获得的非分相硼碳氮光催化材料含碳量及能带结构可控，B、C、N三种元素分布均匀，为光生载流子的转移提供了连续的通道，光催化效率高。
本具体实施方式所制备的非分相硼碳氮光催化材料经检测：碳含量为5～20wt％可调，能带宽度为3.0～1.5eV可调，在1KW/m2太阳光强度下的CO2还原效率为50～200μmol/g·h。
因此，本具体实施方式工艺简单、成本低廉和适于批量生产；所制备的非分相硼碳氮光催化材料含碳量及能带结构可控，光催化效率高。
Claims (4)
1.一种非分相硼碳氮光催化材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是：
按含硼化合物∶含氮化合物∶水的摩尔比为1∶(0.25～4)∶(50～100)，将所述含硼化合物、所述含氮化合物和所述水混合，常温条件下搅拌10～20min，再于90～95℃条件下搅拌3～5h，得到混合溶液；将所述混合溶液于90～110℃条件下保温20～24h，得到前驱体溶液；然后将所述前驱体溶液在氨气气氛和1100～1300℃条件下热处理3～5h，制得非分相硼碳氮光催化材料。
2.根据权利要求1所述的非分相硼碳氮光催化材料的制备方法，其特征在于所述含硼化合物为硼酸、硼酸钠和过硼酸钠中的一种；所述含硼化合物的纯度≥99％。
3.根据权利要求1所述的非分相硼碳氮光催化材料的制备方法，其特征在于所述含氮化合物为二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙烯四胺六乙酸、三亚乙基四胺和N,N',N”-三甲基二亚乙基三胺中的一种；所述含氮化合物的纯度≥98％。
4.一种非分相硼碳氮光催化材料，其特征在于所述非分相硼碳氮光催化材料是根据权利要求1～3项中任一项所述非分相硼碳氮光催化材料的制备方法所制备的非分相硼碳氮光催化材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111387616.5A CN113976163A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111387616.5A CN113976163A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113976163A true CN113976163A (zh) | 2022-01-28 |
Family
ID=79749834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111387616.5A Pending CN113976163A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113976163A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115491709A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-12-20 | 电子科技大学 | 一种基于二维硼碳基材料高效还原二氧化碳的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004161571A (ja) * | 2002-11-14 | 2004-06-10 | National Institute For Materials Science | ホウ素・炭素・窒素ナノチューブとその製造方法 |
| CN106430128A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-02-22 | 福州大学 | 一种超薄硼碳氮纳米片的合成方法 |
| CN109775673A (zh) * | 2017-11-15 | 2019-05-21 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 多孔硼碳氮纳米片层和多孔氮化硼纳米片层及其制备方法和作为吸附材料的应用 |
-
2021
- 2021-11-22 CN CN202111387616.5A patent/CN113976163A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004161571A (ja) * | 2002-11-14 | 2004-06-10 | National Institute For Materials Science | ホウ素・炭素・窒素ナノチューブとその製造方法 |
| CN106430128A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-02-22 | 福州大学 | 一种超薄硼碳氮纳米片的合成方法 |
| CN109775673A (zh) * | 2017-11-15 | 2019-05-21 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 多孔硼碳氮纳米片层和多孔氮化硼纳米片层及其制备方法和作为吸附材料的应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIANGHUI ZENG ET AL.: "In-situ synthesis of non-phase-separated boron carbon nitride for photocatalytic reduction of CO2", 《ENVIRONMENTAL RESEARCH》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115491709A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-12-20 | 电子科技大学 | 一种基于二维硼碳基材料高效还原二氧化碳的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109569691B (zh) | 硼掺杂氮化碳的制备方法及其产品和应用 | |
| CN108772093B (zh) | 一种高可见光活性石墨相氮化碳纳米片及其制备方法 | |
| CN107876087B (zh) | 甲胺铅碘-还原氧化石墨烯复合光催化材料的制备及其光催化制氢的应用 | |
| CN109289888B (zh) | 一种硼掺杂多孔氮化碳材料的制备方法 | |
| CN110560128B (zh) | 一种磷掺杂氮化碳的制备方法 | |
| CN111115649B (zh) | 一种bcn纳米片的制备方法、由其制备得到的bcn纳米片及其用途 | |
| CN113976163A (zh) | 一种非分相硼碳氮光催化材料及其制备方法 | |
| CN111115639A (zh) | 一种归中反应制备SiOx@C材料的方法及应用 | |
| CN103601177A (zh) | 一种碱金属盐催化固体有机酸制备石墨烯的方法 | |
| CN109999879A (zh) | 一种硒辅助的层状石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
| CN111484334B (zh) | 一种高α相氮化硅粉体及其制备方法 | |
| CN103601178A (zh) | 一种固体有机酸合成石墨烯的方法 | |
| CN102225741B (zh) | 含氨的复合离子储氢材料的制备方法 | |
| CN109675606B (zh) | 一种光催化剂及其制备方法 | |
| CN108855216B (zh) | 硫化镉包裹的金属有机框架MIL-101(Cr)光催化复合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 | |
| CN111841583B (zh) | 一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法 | |
| CN114146719B (zh) | 一种碳片-非分相硼碳氮面内异质结构及其制备方法 | |
| CN112958141A (zh) | 一种含氧g-C3N4纳米片光催化剂的制备方法和应用 | |
| CN108285143A (zh) | 一种生物质基氮掺杂薄层石墨化碳材料的制备方法 | |
| CN111672541A (zh) | 一种负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料的制备方法和应用 | |
| CN110980815A (zh) | 一种高温高压一步化学法制备黄铁矿型二硫化铁的方法 | |
| CN111871434B (zh) | 一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN114602511B (zh) | 一种用于多环芳烃类化合物催化加氢的还原型过渡金属硫化物催化剂及其制备方法 | |
| CN112717977A (zh) | 一种不含氨气气流合成硼碳氮材料的制备方法及其应用 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220128 |