CN115041158A - 一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法 - Google Patents
一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115041158A CN115041158A CN202210706961.9A CN202210706961A CN115041158A CN 115041158 A CN115041158 A CN 115041158A CN 202210706961 A CN202210706961 A CN 202210706961A CN 115041158 A CN115041158 A CN 115041158A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphite
- carbon nitride
- phase carbon
- powder
- synthesizing
- 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
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 79
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 23
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 34
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 31
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 30
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- XNHGKSMNCCTMFO-UHFFFAOYSA-D niobium(5+);oxalate Chemical compound [Nb+5].[Nb+5].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O XNHGKSMNCCTMFO-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 16
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/007—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by irradiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
- B01D53/8625—Nitrogen oxides
- B01D53/8628—Processes characterised by a specific catalyst
-
- 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—
-
- 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
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
- B01D2259/802—Visible light
-
- 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
Abstract
本发明提供了一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，包括以下步骤：步骤一：将三聚氰胺溶于80‑95℃的热水中，水浴搅拌3小时，在烘箱中80‑100℃加热5小时直至蒸干。本发明一种具有在可见光下高脱硝能力的单原子掺杂石墨相氮化碳的绿色合成方法，该方法将三聚氰胺与Nb源直接该制备方法具有原料种类少，操作方法简便，工艺简单，绿色环保等特点，得到的改性石墨相氮化碳光催化活性高，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及石墨相氮化碳技术领域，具体涉及一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法。
背景技术
石墨相氮化碳是一种具有良好的化学稳定性及热稳定性的有机聚合物半导体，具有适当的禁带宽度(Eg大约为2.7eV)，在可见光具有吸收，并且其导带(CB)和价带(VB)位置非常合乎光催化要求，分别为-1.09eV和1.58eV，因此石墨相氮化碳在光催化技术应用方面有巨大潜力。到目前为止，石墨相氮化碳作为一种不含金属有机聚合物半导体催化剂主要用于可见光区的光催化二氧化碳还原、光分解水产氢、环境中污染物的去除。合成石墨相氮化碳的原料和方法都比较简单，因此石墨相氮化碳满足廉价的要求。但是，对于高效和稳定这两方面的要求，纯的石墨相氮化碳还没有达到让人们满意的地步，这主要是因为纯的石墨相氮化碳存在多方面的缺点。这些缺点包括：
(1)石墨相氮化碳只能吸收450nm处的蓝光，对可见光的利用效率低；
(2)光生电子和空穴很容易发生复合，导致有效光生电子或空穴的数量比较少；
(3)石墨相氮化碳容易被自身产生的光生空穴分解，导致石墨相氮化碳的循环稳定性不好。因此，通过对石墨相氮化碳进行改性来提高石墨相氮化碳光催化活性以及稳定性具有极其重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺溶于80-95℃的热水中，水浴搅拌2-4小时，在烘箱中80-100℃加热直至蒸干；
步骤二：将析出的晶体研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，置于程序升温马弗炉中热处理，自然冷却至室温，即得到纯石墨相氮化碳；
步骤三：称取1-2份步骤二中的石墨相氮化碳，加入到25-35份草酸铌溶液和45-55份乙二醇混合液中，搅拌35-45分钟后，置于高压水热反应釜中反应处理；
步骤四：用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤步骤三中合成出的产物3-5次，置于干燥箱中于温度78-82℃干燥过夜，过夜时间为8-12h，即得到Nb单原子掺杂的石墨相氮化碳体样品。
优选地，所述马弗炉中以5-7℃每分钟的升温速率升到515-525℃，持续3-4小时。
优选地，所述草酸铌溶液的质量百分数为0.5-2％。
优选地，所述草酸铌溶液的质量百分数为1-2％。
优选地，所述草酸铌溶液的质量百分数为1.5％。
优选地，所述步骤三中高压水热反应釜的反应条件为：温度140℃-180℃，反应4小时。
优选地，所述温度160℃，反应4小时。
优选地，所述步骤四中洗涤以10000rpm下离心10分钟。
优选地，所述步骤二中研磨成粉末的转速为1000-1500r/min，研磨时间为35-45min，研磨至粉末过100目筛。
优选地，所述研磨转速为1250r/min，研磨时间为40min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是
本发明一种具有在可见光下高脱硝能力的单原子掺杂石墨相氮化碳的绿色合成方法，该方法将三聚氰胺与Nb源直接该制备方法具有原料种类少，操作方法简便，工艺简单，绿色环保等特点，得到的改性石墨相氮化碳光催化活性高，稳定性好。所述方法获得的改性石墨相氮化碳光催化剂在可见光下降解大气中的污染物氮氧化物的用途。所述的Nb单原子掺杂的纳米级石墨相氮化碳体系的合成方法，该方法中用于制备石墨相氮化碳主要用原料的就是三聚氰胺，制备具有Nb单原子掺杂的纳米级石墨相氮化碳的主要试剂是草酸铌。通过三聚氰胺煅烧的方法得到普通石墨相氮化碳，将普通石墨相氮化碳与草酸铌在乙二醇溶液中高压水热反应后得到。该制备方法具有原料种类少，操作方法简便，工艺简单，绿色环保等特点，得到的石墨相氮化碳光催化活性高，稳定性好。所述方法获得的改性石墨相氮化碳光催化剂在可见光下降解大气中的污染物氮氧化物的用途。
附图说明
图1为本发明的产品的球差扫描电镜照片，其中标尺长度为2nm；
图2为本发明的产品与普通石墨相氮化碳的氧元素的高倍X射线光电子能谱；
图3为本发明的产品与普通石墨相氮化碳的氮气吸附脱附谱；
图4为本发明的产品及普通石墨相氮化碳在可见光照条件下对一氧化氮的降解率对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4，本实施例的一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺溶于80-95℃的热水中，水浴搅拌2-4小时，在烘箱中80-100℃加热直至蒸干；
步骤二：将析出的晶体研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，置于程序升温马弗炉中热处理，自然冷却至室温，即得到纯石墨相氮化碳；
步骤三：称取1-2份步骤二中的石墨相氮化碳，加入到25-35份草酸铌溶液和45-55份乙二醇混合液中，搅拌35-45分钟后，置于高压水热反应釜中反应处理；
步骤四：用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤步骤三中合成出的产物3-5次，置于干燥箱中于温度78-82℃干燥过夜，过夜时间为8-12h，即得到Nb单原子掺杂的石墨相氮化碳体样品。
本实施例的草酸铌溶液的质量百分数为0.5-2％。
本实施例的草酸铌溶液的质量百分数为1-2％。
本实施例的草酸铌溶液的质量百分数为1.5％。
本实施例的步骤三中高压水热反应釜的反应条件为：温度140℃-180℃，反应4小时。
本实施例的温度160℃，反应4小时。
本实施例的步骤四中洗涤以10000rpm下离心10分钟。
本实施例的步骤二中研磨成粉末的转速为1000-1500r/min，研磨时间为35-45min，研磨至粉末过100目筛。
本实施例的研磨转速为1250r/min，研磨时间为40min。
实施例1.
一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺溶于80℃的热水中，水浴搅拌3小时，在烘箱中80℃加热5小时直至蒸干；
步骤二：将析出的晶体研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，置于程序升温马弗炉中热处理，自然冷却至室温，即得到纯石墨相氮化碳；
步骤三：称取1.5克步骤二中的石墨相氮化碳，加入到30ml草酸铌溶液和50ml乙二醇混合液中，搅拌40分钟后，置于100毫升的高压水热反应釜中反应处理；
步骤四：用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤步骤三中合成出的产物4次，置于干燥箱中于温度80℃干燥过夜(8-12h)，即得到Nb单原子掺杂的石墨相氮化碳体样品。
本实施例的马弗炉中以6℃每分钟的升温速率升到520℃，持续3-4小时。
本实施例的草酸铌溶液的质量百分数为0.5％。
本实施例的步骤三中高压水热反应釜的反应条件为：温度140℃，反应4小时。
本实施例的步骤四中洗涤以10000rpm下离心10分钟。
本实施例的步骤二中研磨成粉末的转速为1000r/min，研磨时间为35min，研磨后的粉末目数为过100目筛。
实施例2.
一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺溶于95℃的热水中，水浴搅拌3小时，在烘箱中100℃加热5小时直至蒸干；
步骤二：将析出的晶体研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，置于程序升温马弗炉中热处理，自然冷却至室温，即得到纯石墨相氮化碳；
步骤三：称取1.5克步骤二中的石墨相氮化碳，加入到30ml草酸铌溶液和50ml乙二醇混合液中，搅拌40分钟后，置于100毫升的高压水热反应釜中反应处理；
步骤四：用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤步骤三中合成出的产物4次，置于干燥箱中于温度80℃干燥过夜(8-12h)，即得到Nb单原子掺杂的石墨相氮化碳体样品。
本实施例的马弗炉中以6℃每分钟的升温速率升到520℃，持续4小时。
本实施例的草酸铌溶液的质量百分数为2％。
本实施例的步骤三中高压水热反应釜的反应条件为：温度180℃，反应4小时。
本实施例的温度160℃，反应4小时。
本实施例的步骤四中洗涤以10000rpm下离心10分钟。
本实施例的步骤二中研磨成粉末的转速为1500r/min，研磨时间为45min，研磨后的粉末目数为过100目筛。
实施例3
一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺溶于87℃的热水中，水浴搅拌3小时，在烘箱中90℃加热5小时直至蒸干；
步骤二：将析出的晶体研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，置于程序升温马弗炉中热处理，自然冷却至室温，即得到纯石墨相氮化碳；
步骤三：称取1.5克步骤二中的石墨相氮化碳，加入到30ml草酸铌溶液和50ml乙二醇混合液中，搅拌40分钟后，置于100毫升的高压水热反应釜中反应处理；
步骤四：用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤步骤三中合成出的产物4次，置于干燥箱中于温度80℃干燥过夜(8-12h)，即得到Nb单原子掺杂的石墨相氮化碳体样品。
本实施例的马弗炉中以6℃每分钟的升温速率升到520℃，持续3.5小时。
本实施例的草酸铌溶液的质量百分数为1.5％。
本实施例的步骤三中高压水热反应釜的反应条件为：温度160℃，反应4小时。
本实施例的步骤四中洗涤以10000rpm下离心10分钟。
本实施例的步骤二中研磨成粉末的转速为1250r/min，研磨时间为40min，研磨后的粉末目数为过100目筛。
实施例4
一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺溶于82℃的热水中，水浴搅拌3小时，在烘箱中85℃加热5小时直至蒸干；
步骤二：将析出的晶体研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，置于程序升温马弗炉中热处理，自然冷却至室温，即得到纯石墨相氮化碳；
步骤三：称取1.5克步骤二中的石墨相氮化碳，加入到30ml草酸铌溶液和50ml乙二醇混合液中，搅拌40分钟后，置于100毫升的高压水热反应釜中反应处理；
步骤四：用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤步骤三中合成出的产物4次，置于干燥箱中于温度80℃干燥过夜(8-12h)，即得到Nb单原子掺杂的石墨相氮化碳体样品。
本实施例的马弗炉中以6℃每分钟的升温速率升到520℃，持续3-4小时。
本实施例的草酸铌溶液的质量百分数为0.8％。
本实施例的步骤三中高压水热反应釜的反应条件为：温度150℃，反应4小时。
本实施例的步骤四中洗涤以10000rpm下离心10分钟。
本实施例的步骤二中研磨成粉末的转速为1200r/min，研磨时间为38min。
本实施例的研磨转速为1250r/min，研磨时间为40min，研磨后的粉末目数为过100目筛。
实验例1
称取5克三聚氰胺溶于200毫升80-95℃的热水中，搅拌3小时，在烘箱中80-100℃加热蒸干，三聚氰胺析出。将析出的三聚氰胺研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，以3℃每分钟的升温速率升到520-550℃，继续加热3-4小时。将得到的粉末研磨后，称取1.5克，加入到30ml质量分数为0.5％-2％的草酸铌溶液和50ml乙二醇混合液中，搅拌40分钟后，置于100毫升的高压水热反应釜中，于温度140℃-180℃，反应4小时，冷却后，将得到的溶液倒掉上清液，用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤4次(10000rpm下离心10分钟)，置于干燥箱中于温度80℃干燥过夜，即得目标产物。
实验例2
利用球差扫描电镜对所获得产物进行高精度形貌表征，实施例1中获得的石墨相氮化碳为单原子掺杂体系，如附图1中所示；利用X射线光电子能谱仪对所获得的产物及普通的石墨相氮化碳进行表征，通过对Nb元素的高倍X射线光电子能谱表明本发明所获得产品具有Nb单原子，如附图2所示；利用氮气吸附脱附对本发明所获得产品及普通石墨相氮化碳进行比表面积的分析，表明本发明所获得产品比表面积大大提高，如附图3中所示。
实验例3
光催化反应样品盘的制备：称取50mg所制备的产物于烧杯中，加入10mL去离子水，超声分散10min后，倒入直径为10cm的表面皿中，使样品均匀分散于表面皿的底部，然后在60℃的烘箱中烘干。
样品的光催化性能主要是通过连续的气流反应器中光催化氧化NO来评价的，反应器由石英玻璃制成，容积为4.5L(30cm×15cm×10cm[L×W×H]，反应器上面放置一个的氙灯(λ>420nm,14W m-2)，光催化实验之前，将载有样品的圆形表面皿放置于反应器中部，一氧化氮标准气体浓度为50ppm，将此标准气体和压缩空气进行混合，混合成为一氧化氮初始浓度为600ppb的气体，通过密闭的反应器，在黑暗的环境中与表面皿中的样品达到吸脱附平衡，10分钟后打开氙灯电源开始测试，连续流动的一氧化氮浓度通过热电42i型氮氧化物测试仪分析浓度。
本发明所获得产品及普通石墨相氮化碳在可见光照条件下对一氧化氮的降解率见附图4，图4结果显示，本发明产品的对一氧化氮的降解率明显优于普通相氮化碳对一氧化氮的降解率。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺溶于80-95℃的热水中，水浴搅拌2-4小时，在烘箱中80-100℃加热直至蒸干；
步骤二：将析出的晶体研磨成粉末，置于坩埚中，加盖，置于程序升温马弗炉中热处理，自然冷却至室温，即得到纯石墨相氮化碳；
步骤三：称取1-2份步骤二中的石墨相氮化碳，加入到25-35份草酸铌溶液和45-55份乙二醇混合液中，搅拌35-45分钟后，置于高压水热反应釜中反应处理；
步骤四：用无水乙醇以及蒸馏水各洗涤步骤三中合成出的产物3-5次，置于干燥箱中于温度78-82℃干燥过夜，过夜时间为8-12h，即得到Nb单原子掺杂的石墨相氮化碳体样品。
2.根据权利要求1所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述马弗炉中以5-7℃每分钟的升温速率升到515-525℃，持续3-4小时。
3.根据权利要求1所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述草酸铌溶液的质量百分数为0.5-2％。
4.根据权利要求3所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述草酸铌溶液的质量百分数为1-2％。
5.根据权利要求4所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述草酸铌溶液的质量百分数为1.5％。
6.根据权利要求1所述具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述步骤三中高压水热反应釜的反应条件为：温度140℃-180℃，反应4小时。
7.根据权利要求6所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述温度160℃，反应4小时。
8.根据权利要求1所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述步骤四中洗涤以10000rpm下离心10分钟。
9.根据权利要求1所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述步骤二中研磨成粉末的转速为1000-1500r/min，研磨时间为35-45min，研磨至粉末过100目筛。
10.根据权利要求9所述的具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法，所述研磨转速为1250r/min，研磨时间为40min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210706961.9A CN115041158A (zh) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210706961.9A CN115041158A (zh) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115041158A true CN115041158A (zh) | 2022-09-13 |
Family
ID=83162686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210706961.9A Pending CN115041158A (zh) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | 一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115041158A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116062716A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-05-05 | 韶关学院 | 一种具有Gd单原子掺杂的石墨相氮化碳的合成方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108686691A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-10-23 | 南昌航空大学 | 一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法 |
| CN108927139A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-12-04 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 纳米棒状Nb-CeO2材料制备方法及其产品和应用 |
| CN110605117A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-12-24 | 北京氦舶科技有限责任公司 | 一种原子级分散的Ag负载纳米TiO2催化剂的制备方法 |
| CN111330614A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 韶关学院 | 一种含氧官能团修饰的纳米片状石墨相氮化碳及其制备方法和应用 |
| CN111744505A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-09 | 大连工业大学 | 一种铌掺杂溴氧化铋催化剂及其制备和使用方法 |
| CN112221528A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-15 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 | 一种单原子催化剂及其制备方法与应用 |
| CN112354555A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-12 | 中国科学院地球环境研究所 | 一种金属单原子负载碳氮聚合物催化剂及其制备方法 |
| CN112774693A (zh) * | 2019-11-04 | 2021-05-11 | 北京氦舶科技有限责任公司 | 一种单原子Ag/ZnS催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112920663A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-08 | 赵梓俨 | 一种防污自清洁涂料及其制备方法 |
| CN113198463A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-03 | 云南大学 | 一种碳材料表面负载金属单原子的方法 |
| CN113559911A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-29 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种单原子催化剂及其制备方法和应用 |
| KR20210157765A (ko) * | 2020-06-22 | 2021-12-29 | 충북대학교 산학협력단 | 3차원 나노구조체, 이를 포함하는 광촉매 및 3차원 나노구조체의 제조 방법 |
| CN114405532A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-04-29 | 浙江工业大学 | 用于焦油催化重整的单原子催化剂及其制备参数优化方法 |
| CN114534759A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-05-27 | 湖南大学 | 单原子钴负载管状氮化碳催化剂及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-06-21 CN CN202210706961.9A patent/CN115041158A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108686691A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-10-23 | 南昌航空大学 | 一种钆掺杂类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法 |
| CN108927139A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-12-04 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 纳米棒状Nb-CeO2材料制备方法及其产品和应用 |
| CN110605117A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-12-24 | 北京氦舶科技有限责任公司 | 一种原子级分散的Ag负载纳米TiO2催化剂的制备方法 |
| CN112774693A (zh) * | 2019-11-04 | 2021-05-11 | 北京氦舶科技有限责任公司 | 一种单原子Ag/ZnS催化剂及其制备方法和应用 |
| CN111330614A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 韶关学院 | 一种含氧官能团修饰的纳米片状石墨相氮化碳及其制备方法和应用 |
| KR20210157765A (ko) * | 2020-06-22 | 2021-12-29 | 충북대학교 산학협력단 | 3차원 나노구조체, 이를 포함하는 광촉매 및 3차원 나노구조체의 제조 방법 |
| CN111744505A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-09 | 大连工业大学 | 一种铌掺杂溴氧化铋催化剂及其制备和使用方法 |
| CN112221528A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-15 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 | 一种单原子催化剂及其制备方法与应用 |
| CN112354555A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-12 | 中国科学院地球环境研究所 | 一种金属单原子负载碳氮聚合物催化剂及其制备方法 |
| CN112920663A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-08 | 赵梓俨 | 一种防污自清洁涂料及其制备方法 |
| CN113198463A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-03 | 云南大学 | 一种碳材料表面负载金属单原子的方法 |
| CN113559911A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-29 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种单原子催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114534759A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-05-27 | 湖南大学 | 单原子钴负载管状氮化碳催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114405532A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-04-29 | 浙江工业大学 | 用于焦油催化重整的单原子催化剂及其制备参数优化方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JIANMIN LUO等: "Single-atom Nb anchored on graphitic carbon nitride for boosting electron transfer towards improved photocatalytic performance", APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL, vol. 328, pages 1 - 14 * |
| LIHONG ZHANG等: "Identification of single-atom-anchored g-CN as pH universal photo- and electro- catalysts for hydrogen evolution", APPLIED MATERIALS TODAY, vol. 25, pages 1 - 8 * |
| SHAOKANG YANG等: "Synergistic interaction of Nb atoms anchored on g-C3N4 and H+ promoting high-efficiency nitrogen reduction reaction", CHINESE JOURNAL OF CATALYSIS, vol. 43, pages 1139 - 1147 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116062716A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-05-05 | 韶关学院 | 一种具有Gd单原子掺杂的石墨相氮化碳的合成方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111001439B (zh) | 一种苝酰亚胺及其复合光催化材料、制备方法与在去除水体有机污染物中的应用 | |
| CN112169819B (zh) | 一种g-C3N4/(101)-(001)-TiO2复合材料的制备方法和应用 | |
| CN107890878B (zh) | 一种碳球-氮化碳纳米材料及其制备和应用 | |
| CN113457711B (zh) | 一种石墨相氮化碳负载镁单原子复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法 | |
| CN108786849B (zh) | 一种硫化锡/二氧化钛复合材料的制备和应用 | |
| CN111330614A (zh) | 一种含氧官能团修饰的纳米片状石墨相氮化碳及其制备方法和应用 | |
| CN113198496B (zh) | 一种金属铟掺杂溴化铅铯钙钛矿量子点光催化剂、制备方法及其在还原二氧化碳中的应用 | |
| CN109772409A (zh) | B,s共掺杂氮化碳纳米管光催化剂及制备方法和应用 | |
| CN115041158A (zh) | 一种具有Nb单原子掺杂的强氧化性石墨相氮化碳合成方法 | |
| CN111330615A (zh) | 一种纳米氯氧化铋/氮化碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN107876079A (zh) | 一种硫掺杂氧化锌量子点修饰多孔石墨相碳化氮复合材料的制备方法及其应用 | |
| CN111250138A (zh) | 一种多孔纳米片状石墨相氮化碳及其制备方法和应用 | |
| CN108435226A (zh) | 一种以碳化荷叶为基底制备N掺杂纳米花状TiO2光催化材料的方法 | |
| CN112742436A (zh) | 一种用于光催化产过氧化氢的氮化碳基同质结、其制备方法及应用 | |
| CN111790409A (zh) | 一种氧化镧-富铋型碘氧化铋复合材料及其制备方法 | |
| CN115178277B (zh) | 一种掺杂的Co3O4纳米材料及其应用 | |
| CN110404572A (zh) | 一种二氧化钛与氮化碳复合的异质结光催化剂的制备方法 | |
| CN113244910B (zh) | 一种低成本一步半溶法合成Bi/Bi2WO6光催化剂的方法 | |
| CN113318723A (zh) | 一种二氧化钛光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN108654662A (zh) | 一种熔盐法制备氟氮共掺杂单晶介孔TiO2催化材料的方法 | |
| CN109589963B (zh) | 一种铌酸锂型氧化物/凹凸棒石非线性光学复合光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN109589964B (zh) | 一种稀土元素掺杂铌酸锂复合光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN113600225A (zh) | 一种异质结复合材料及其应用 | |
| CN113509952A (zh) | 一种镱铒共掺杂Yb-Er/g-C3N4光催化剂及其合成方法和应用 | |
| CN112516986A (zh) | 一种铈掺杂氧化锌纳米花负载氧化铟光催化降解材料及制法 |
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 |