用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化材料制备技术领域。该光催化剂是以三聚氰胺为前驱体，碳酸钙为结构调控剂，经热聚合反应及高温熔盐法处理合成的具有两种晶相的氮化碳异相结光催化剂。本发明专利技术工艺简单，成本低，符合实际生产需要，且其制备的光催化剂具有良好的聚合度、光吸收性能及产氢活性，在以铂作为助催化剂，三乙醇胺作为牺牲剂的条件下，其光催化产氢活性明显优于单一晶相氮化碳，具有较大的应用潜力。具有较大的应用潜力。具有较大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于光催化材料制备
，具体涉及一种用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]人类社会大量使用化石能源所带来的能源问题和环境问题已经日益凸显。一方面这些化石能源如石油、天然气的储量存在上限，另一方面开采和提炼化石能源会造成严重的环境污染，并且大规模使用化石能源也会导致碳排放量增加。因此开发和利用清洁可持续新能源是人类社会未来的趋势。其中，氢气作为一种新型能源，由于其能量密度高、清洁环保等优点而被视为一种理想的替代能源。但是目前氢气主要通过化石燃料的裂解以及电解水生产，这些途径的生产工序复杂、成本较高。而将太阳能转化为氢能的光催化制氢技术具有工艺简单、经济环保等优点，被认为是未来制取氢能源的理想途径之一。该技术的核心是开发高效的光催化剂。
[0003]目前应用较广的光催化剂大多为金属无机半导体光催化剂。虽然这类光催化剂表现出较好的光催化性能，但是结构中金属甚至贵金属的存在导致其成本偏高，且其合成步骤复杂，限制了大规模使用。近些年来，有机聚合物光催化剂尤其是石墨相氮化碳材料由于其合成简单、经济环保等优点而引起了研究者们的广泛兴趣。然而，尽管它们在光解水、二氧化碳还原以及有机光合成等方面得到了较大的发展，但它们的量子效率依然在较低的水平。因此，开发一种易制备、经济环保、高性能的氮化碳光催化剂具有极其重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂及其制备方法和应用，所制备的光催化剂具有较高的太阳光利用率，能够实现高效的光催化分解水产氢反应。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂，其是以三聚氰胺为前驱体，碳酸钙为结构调控剂，经热聚合反应及高温熔盐法处理合成的具有七嗪和三嗪两种晶相的氮化碳异相结光催化剂，其微观形貌为纳米棒，比表面积为80 m2/g，光学吸收边在450 nm附近。该光催化剂中的两种晶相氮化碳结构形成了良好的接触界面，极大地促进了光生电荷的分离，从而可实现高效驱动可见光分解水制取氢气。
[0006]所述晶相氮化碳异相结光催化剂的制备具体包括以下步骤：（1）将三聚氰胺和碳酸钙按质量比30:12~30:1研磨混合均匀，于550℃下热处理得到中间产物；（2）将步骤（1）得到的中间产物与氯化钾、氯化锂按质量比6:33:27研磨混合均匀，然后在氮气气氛、550℃条件下煅烧10小时即得。
[0007]所得晶相氮化碳异相结光催化剂可用于可见光催化分解水制取氢气，其具体是在
使用所述晶相氮化碳异相结光催化剂的同时，以铂作为助催化剂，三乙醇胺作为牺牲剂，于波长＞420nm的光照条件下进行光解水产氢。
[0008]本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术中使用廉价易得的碳酸钙作为结构调控剂以解聚氮化碳的七嗪结构，生成有结构碎片的中间体，再在熔盐环境下形成具有七嗪和三嗪晶相的氮化碳异相结，以优化晶相氮化碳材料的结构。
[0009]（2）本专利技术所合成的光催化剂含有七嗪和三嗪两种晶相氮化碳结构，其两相的良好接触极大地促进了光生电荷的分离，从而实现高效驱动可见光分解水制取氢气。
[0010]（3）本专利技术整个制备工艺程序简单易于控制，且能耗和成本低，符合实际生产需要，有利于大规模推广。
附图说明
[0011]图1为实施例3所得的氮化碳光催化剂的扫描电镜图。
[0012]图2为实施例1
‑
4所得的氮化碳光催化剂的粉末X射线衍射谱对比图。
[0013]图3为实施例3所得的氮化碳光催化剂的傅里叶变换红外光谱图。
[0014]图4为实施例3和对比例所得的中间产物的傅里叶变换红外光谱对比图。
[0015]图5为实施例3所得的氮化碳光催化剂的高分辨透射电镜图。
[0016]图6为实施例3所得的氮化碳光催化剂的紫外
‑
可见光漫反射谱图。
[0017]图7为实施例及对比例所得的氮化碳光催化剂的光催化分解水产氢活性的比较图。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0019]实施例1（1）按质量比30:1称取三聚氰胺和碳酸钙，研磨混合均匀，在马弗炉中550℃热处理4小时得到中间产物；（2）将步骤（1）得到的中间产物与氯化钾、氯化锂按质量比6:33:27研磨混合均匀，在氮气气氛、550℃条件下煅烧10小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到晶相氮化碳异相结光催化剂。
[0020]实施例2（1）按质量比30:5称取三聚氰胺和碳酸钙，研磨混合均匀，在马弗炉中550℃热处理4小时得到中间产物；（2）将步骤（1）得到的中间产物与氯化钾、氯化锂按质量比6:33:27研磨混合均匀，在氮气气氛、550℃条件下煅烧10小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到晶相氮化碳异相结光催化剂。
[0021]实施例3（1）按质量比30:8称取三聚氰胺和碳酸钙，研磨混合均匀，在马弗炉中550℃热处理4小时得到中间产物；
（2）将步骤（1）得到的中间产物与氯化钾、氯化锂按质量比6:33:27研磨混合均匀，在氮气气氛、550℃条件下煅烧10小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到晶相氮化碳异相结光催化剂。
[0022]实施例4（1）按质量比30:12称取三聚氰胺和碳酸钙，研磨混合均匀，在马弗炉中550℃热处理4小时得到中间产物；（2）将步骤（1）得到的中间产物与氯化钾、氯化锂按质量比6:33:27研磨混合均匀，在氮气气氛、550℃条件下煅烧10小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到晶相氮化碳异相结光催化剂。
[0023]对比例（1）称取一定质量的三聚氰胺，在马弗炉中550℃热处理4小时得到中间产物；（2）将步骤（1）得到的中间产物与氯化钾、氯化锂按质量比6:33:27研磨混合均匀，在氮气气氛、550℃条件下煅烧10小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到七嗪基晶相氮化碳光催化剂。
[0024]图1为实施例3所得氮化碳光催化剂的扫描电镜图。从图中可以观察到纳米棒状的氮化碳。
[0025]图2为实施例1
‑
4所得氮化碳光催化剂的粉末X射线衍射谱对比图。从图中可以发现，当碳酸钙比例较低时，所制备的氮化碳光催化剂（实施例1）主要为七嗪基晶相结构，即主要表现为8
°
和28
°
的衍射峰。当碳酸钙比例提高后，在光催化剂中出现相应的三嗪基晶相结构，并且三嗪基晶相结构的比例会随着碳酸钙比例的增加而增加。
[0026]图3为实施例3所得氮化碳光催化剂的傅里叶红外光谱图。从图中可以发现，所制备的光催化剂为氮化碳类光催化剂。其中，大于3000 cm
‑1波数的吸收峰归属于结构中的氨基或羟基，2170 cm...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂的制备方法，其特征在于：将前驱体三聚氰胺和结构调控剂碳酸钙研磨混匀后，经热聚合反应及高温熔盐法处理，合成能够在可见光下分解水产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂。2.根据权利要求1所述的用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述三聚氰胺和碳酸钙的质量比为30:12~30:1。3.根据权利要求1所述的用于可见光产氢的晶相氮化碳异相结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述热聚合反应的温度为550℃。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心晨，张贵刚，汪思波，张健，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：