System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种可见光响应的光催化剂DTIDT-NC/g-C3N4及其制备方法与应用技术_技高网

一种可见光响应的光催化剂DTIDT-NC/g-C3N4及其制备方法与应用技术

技术编号:43949481 阅读:2 留言:0更新日期:2025-01-07 21:37
本发明专利技术属于光催化剂制备技术领域,具体涉及一种可见光响应的光催化剂DTIDT‑NC/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;及其制备方法与应用。该光催化剂为有机半导体DTIDT‑NC与g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;形成的异质结构,所述有机半导体DTIDT‑NC的结构式如式5所示。本发明专利技术以茚并二噻吩并噻吩(DTIDT)为核心D单元,氰基萘基茚酮为A单元,设计合成了受体(A)‑给体(D)‑受体(A)型有机半导体DTIDT‑NC,并将其与g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;复合构筑DTIDT‑NC/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;异质结光催化剂,拓宽了g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;的吸收光谱,抑制了光生电子和空穴的复合,将其用于光解水制氢中,表现出更优异的光解水析氢性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化剂制备,具体涉及一种可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4及其制备方法与应用。


技术介绍

1、光催化制氢是一种极具前景的制氢策略,原理是光催化剂在太阳光的驱动下产生的光生电子和空穴与水分子分别发生还原反应和氧化反应,生成氢气和氧气,设计高性能的光催化剂是该领域面临的关键科学问题之一。石墨相氮化碳(g-c3n4)是一种聚合物半导体光催化剂,具有合成简单、环境友好、物理化学性质稳定等优点。2009年,王心晨等(nature materials,2009,8(1):76-80)首次报道了g-c3n4在光催化制氢领域的应用,随后其迅速发展成为了研究热点。然而,g-c3n4对可见光的吸收有限,最大吸收波长仅为450nm,并且其在光照下产生的电子和空穴容易复合,导致g-c3n4的光催化制氢性能较差。目前,科研工作者们通过多种方式对g-c3n4进行改性,以期获得优异的光催化性能。其中,构筑异质结是最有效的手段之一。

2、目前和g-c3n4构筑异质结的半导体多为无机半导体,主要包括金属氧化物(如tio2、wo3、zno等)、金属硫化物(cds和zns等)和金属卤氧化物等,然而无机半导体消光系数小、分子结构和带隙位置调控困难并且含有金属或重金属元素,长期使用会对环境产生一定的危害。相较于无机半导体,有机半导体具有更大的消光系数、分子结构灵活可调并且不含有毒的金属元素。将有机半导体和g-c3n4构筑异质结光催化剂,既能改善g-c3n4的光催化析氢性能,又能避免使用无机半导体带来的弊端。


<p>技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4及其制备方法与应用。该光催化剂以茚并二噻吩并噻吩(dtidt)为核心d单元,氰基萘基茚酮为a单元,设计合成了受体(a)-给体(d)-受体(a)型有机半导体dtidt-nc,并将其与g-c3n4复合构筑dtidt-nc/g-c3n4异质结光催化剂,拓宽了g-c3n4的吸收光谱,抑制了光生电子和空穴的复合,将其用于光解水制氢中,表现出更优异的光解水析氢性能。

2、具体地,本专利技术提供以下技术方案:

3、一种可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4,该光催化剂为有机半导体dtidt-nc与g-c3n4形成的异质结构;

4、所述有机半导体dtidt-nc的结构式如式5所示:

5、

6、作为优选,所述dtidt-nc与g-c3n4的质量比为0.5-1.5:100。研究发现,用量过高,光催化剂存在疏水性强的弊端;用量过低,g-c3n4的光响应能力无法得到明显改善且光生电子和空穴的复合无法得到抑制。

7、本专利技术还提供一种上述光催化剂dtidt-nc/g-c3n4的制备方法,包括以下步骤:

8、将dtidt-nc和g-c3n4加入有机溶剂中搅拌一段时间,除去有机溶剂,即得。

9、作为优选,所述g-c3n4和有机溶剂的质量体积比为2.5-7.5mg/ml。

10、作为优选,所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯中的一种或多种。

11、作为优选,所述dtidt-nc的制备方法如下所示,包括步骤1至步骤3:

12、

13、步骤1:式1化合物与乙酰乙酸叔丁酯反应得到式2化合物;

14、步骤2:式2化合物与丙二腈反应得到式3化合物;

15、步骤3:式3化合物与式4化合物反应得到式5所示的有机半导体dtidt-nc。

16、作为优选,所述g-c3n4由以下方法制备而成:将尿素加入带盖的坩埚中,再将坩埚置于马弗炉中520℃煅烧3h,冷却至室温后,在氮气气氛下520℃煅烧4h,得到g-c3n4。研究发现,通过上述方法制备得到的g-c3n4,与dtidt-nc形成的异质结构,具有更优异的析氢性能。

17、作为优选,所述除去有机溶剂的方法具体为:首先经旋转蒸发至无溶剂排出,然后真空干燥一段时间。

18、本专利技术还提供上述光催化剂dtidt-nc/g-c3n4在光解水制氢领域中的应用。

19、本专利技术的有益效果至少在于:

20、1)本专利技术提供的可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4,以茚并二噻吩并噻吩(dtidt)为核心d单元,氰基萘基茚酮为a单元,设计合成了受体(a)-给体(d)-受体(a)型有机半导体dtidt-nc,并将其与g-c3n4复合构筑dtidt-nc/g-c3n4异质结光催化剂,拓宽了g-c3n4的吸收光谱,抑制了光生电子和空穴的复合;

21、2)本专利技术提供的可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4,特别适用于光解水制氢中,表现出更优异的光解水析氢性能;

22、3)本专利技术提供的可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4,优选dtidt-nc与g-c3n4的质量比为0.5-1.5:100。研究发现,用量过高,光催化剂存在疏水性强的弊端;用量过低,g-c3n4的光响应能力无法得到明显改善且光生电子和空穴的复合无法得到抑制;

23、4)本专利技术提供的可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4,通过对述g-c3n4的制备方法进一步优化,进一步提升了光催化剂的析氢性能。

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【技术保护点】

1.一种可见光响应的光催化剂DTIDT-NC/g-C3N4,其特征在于,该光催化剂为有机半导体DTIDT-NC与g-C3N4形成的异质结构;

2.根据权利要求1所述的光催化剂DTIDT-NC/g-C3N4,其特征在于,所述DTIDT-NC与g-C3N4的质量比为0.5-1.5:100。

3.权利要求1或2所述的光催化剂DTIDT-NC/g-C3N4的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述g-C3N4和有机溶剂的质量体积比为2.5-7.5mg/mL。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯中的一种或多种。

6.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,所述DTIDT-NC的制备方法如下所示,包括步骤1至步骤3:

7.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,所述g-C3N4由以下方法制备而成:将尿素加入带盖的坩埚中,再将坩埚置于马弗炉中520℃煅烧3h,冷却至室温后,在氮气气氛下520℃煅烧4h,得到g-C3N4。

8.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,所述除去有机溶剂的方法具体为:首先经旋转蒸发至无溶剂排出,然后真空干燥一段时间。

9.权利要求1或2所述的光催化剂DTIDT-NC/g-C3N4在光解水制氢领域中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种可见光响应的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4,其特征在于,该光催化剂为有机半导体dtidt-nc与g-c3n4形成的异质结构;

2.根据权利要求1所述的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4,其特征在于,所述dtidt-nc与g-c3n4的质量比为0.5-1.5:100。

3.权利要求1或2所述的光催化剂dtidt-nc/g-c3n4的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述g-c3n4和有机溶剂的质量体积比为2.5-7.5mg/ml。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂选自二氯甲烷...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘晓杰韩文杰刘峻王涛李伟王光春
申请(专利权)人:中电建新能源集团股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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