一种氧化镍-氮化碳复合光催化剂的制备方法技术

一种氧化镍‑氮化碳高效复合光催化剂制备方法，首先通过在一定条件下煅烧尿素，得到氮化碳粉末；然后通过在一定温度下超声分散，将氮化碳粉末分散在一定体积的叔丁醇中，之后再向混合液中加入一定量的乙酰丙酮镍，通过超声分散和持续磁力搅拌，得到先驱液。最后通过对先驱液进行溶剂热反应，获得表面修饰有氧化镍纳米颗粒的氮化碳纳米粉末。本发明专利技术的优点是：(1)与其他方法相比，该方法工艺简单，无需复杂设备和苛刻环境，成本低；(2)该方法可以方便地控制氧化镍纳米颗粒在氮化碳表面的负载量；(3)该方法所制备的氧化镍‑氮化碳复合光催化剂具有优异的光催化制氢能力，负载氧化镍纳米颗粒后，催化剂制氢量明显提高。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镍-氮化碳复合光催化剂的制备方法
本专利技术属于可见光光催化剂材料
，具体涉及一种氧化镍-氮化碳复合光催化剂的制备方法。
技术介绍
人类进入工业社会以来，化石燃料被广泛应用于工业生产，在燃烧时释放大量污染物，对大气、水源和其他自然环境造成了严重影响。与此同时，化石燃料是不可再生资源，随着不断的开采利用，能源危机也成了人类必然要面对的问题。为了解决这一问题，开发无污染的可再生清洁能源就成了必然选择。受自然界中光合作用的启发，科研人员致力于寻找、构建高效光催化材料，并利用他们在太阳光下将水分解成氢气和氧气，或者将二氧化碳转化成甲烷、甲醇等可燃气体或液体，从而获得清洁的可再生能源。半导体材料可以吸收光子，并在其内部激发出电子-空穴对，这些电子-空穴对就可以用来完成分解水或者进行二氧化碳的还原反应。因此，基于半导体材料的光催化剂一直是一个研究热点。在最初的研究中，二氧化钛这种宽禁带半导体是研究最为广泛和深入的一种材料。但是二氧化钛的禁带宽度高达3.2eV，无法有效的利用太阳光。因此，如何获得光响应范围广的高效光催化剂就成了研究的重点。氮化碳材料是一种非金属化合物半导体，它的禁带宽度在2.7eV左右，可以响应可见光。氮化碳为的研究历史可以追溯至1834年，但是直到2009年，石墨相氮化碳(g-C3N4)在可见光下优异的产氢性能才被报道，自此以后，g-C3N4便作为一种非金属光催化剂受到了前所未有的关注。g-C3N4具有可见光吸收率高、稳定性好、廉价易得和环境友好等优点，可以应用于光解水制氢、还原二氧化碳等多种反应体系。但是纯相的g-C3N4光催化剂存在载流子复合严重，量子效率低等固有缺陷，导致其光催化性能不高。因此，如何提高g-C3N4光催化活性就成重中之重。常用的改性方法包括：非金属掺杂、金属掺杂、复合形成异质结、贵金属沉积、表面光敏化、共聚合改性等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化镍-氮化碳复合光催化剂制备方法，按该方法制备的复合光催化剂产氢率大幅提高。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：1)取36g尿素放入刚玉坩埚中，将其置于80℃的烘箱中热处理24～48h，然后盖上盖子后在马弗炉中以4.6℃/min的升温速率升至550℃，保温处理3h，自然降温至室温，得到黄色粉末状固体C3N4，研磨后待用；2)向螺口瓶中加入184mg的C3N4粉末，然后再加入30mL叔丁醇，在35～45℃超声分散得到分散液A；然后向分散液A中加入64-514mgmM的乙酰丙酮镍，再在35～45℃超声分散均匀后置于65～75℃的磁力搅拌器上搅拌均匀得混合液B；3)将带有聚四氟乙烯内衬的反应釜预热至60～70℃，然后迅速将混合液B转移至聚四氟乙烯内衬中，快速密闭反应釜并将其转移至温度为100℃的烘箱中，然后设定烘箱温度为190～210℃，待温度升至设置温度时，开始计时，恒温反应12～30h；4)溶剂热反应结束后，关闭烘箱电源，待反应釜随烘箱降温至室温后，打开反应釜，将混合液在10000～12000rpm的速率下离心15min，并用无水乙醇清洗后在60℃的真空干燥箱中干燥得到C3N4-NiO复合样品。所述步骤1)的尿素装满刚玉坩埚。所述步骤2)的超声分散时间为0.5～1h。所述步骤2)磁力搅拌时间为12～24h。所述步骤3)反应釜聚四氟乙烯内衬容积为50mL。所述步骤4)真空干燥时间为12～24h。本专利技术提出一种简便有效的方法，在氮化碳表面负载氧化镍纳米颗粒，氧化镍纳米颗粒均匀的负载在氮化碳表面，它一方面可以有效的捕获光照下半导体产生的空穴，阻碍了电子-空穴对的复合，另一方面，氧化镍还可以有效的促进催化活性位点的形成，从而大大提高了可见光的利用。实验证明，负载氧化镍纳米颗粒之后，光催化产氢率大幅提高。本专利技术主要采用湿化学法来制备氧化镍-氮化碳复合光催化剂，首先通过在一定条件下煅烧尿素，得到氮化碳粉末；然后通过在一定温度下超声分散，将氮化碳粉末分散在一定体积的叔丁醇中，之后再向混合液中加入一定量的乙酰丙酮镍，通过超声分散和持续磁力搅拌，得到先驱液。最后通过对先驱液进行溶剂热反应，获得表面修饰有氧化镍纳米颗粒的氮化碳纳米粉末。整个过程具有实验设备和环境要求低，工艺过程简单，重复性好等特点。本专利技术提出的方法易于控制氧化镍纳米颗粒的尺寸和负载量，比如通过增加先驱液中乙酰丙酮镍的添加量，可以有效增加氧化镍纳米颗粒的负载量和颗粒尺寸。更重要的是，该方法所制备的氧化镍-氮化碳复合光催化剂具有优异的光催化制氢能力，负载氧化镍纳米颗粒后，催化剂制氢量明显提高。附图说明图1是用含不同比例C3N4和乙酰丙酮镍的先驱液B经210℃溶剂热反应24h所得复合样品的透射电镜照片。(a)纯净C3N4；(b)摩尔比C3N4:Ni(acac)2＝8:1；(c)摩尔比C3N4:Ni(acac)2＝4:1；(d)摩尔比C3N4:Ni(acac)2＝2:1。图2是不同氧化镍负载量的氧化镍-氮化碳复合光催化剂的X射线衍射图样，图中*和#标注的衍射峰分别对应于C3N4和NiO。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1：1)取36g尿素装满刚玉坩埚后将其置于80℃的烘箱中热处理24h，然后盖上盖子后在马弗炉中以4.6℃/min的升温速率升至550℃，保温处理3h，自然降温至室温，得到黄色粉末状固体C3N4，研磨后待用；2)向螺口瓶中加入184mg的C3N4粉末，然后再加入30mL叔丁醇，在40℃超声分散0.5h得到分散液A；然后向分散液A中加入64mg的乙酰丙酮镍，再在40℃超声分散0.5h后置于70℃的磁力搅拌器上搅拌12h得混合液B；3)将容积为50mL的带有聚四氟乙烯内衬的反应釜预热至70℃，然后迅速将混合液B转移至聚四氟乙烯内衬中，快速密闭反应釜并将其转移至温度为100℃的烘箱中，然后设定烘箱温度为210℃，待温度升至设置温度时，开始计时，恒温反应24h；4)溶剂热反应结束后，关闭烘箱电源，待反应釜随烘箱降温至室温后，打开反应釜，将混合液在10000rpm的速率下离心15min，并用无水乙醇清洗后在60℃的真空干燥箱中干燥12h得到C3N4-NiO复合样品。实施例2：1)取36g尿素装满刚玉坩埚后将其置于80℃的烘箱中热处理24h，然后盖上盖子后在马弗炉中以4.6℃/min的升温速率升至550℃，保温处理3h，自然降温至室温，得到黄色粉末状固体C3N4，研磨后待用；2)向螺口瓶中加入184mg的C3N4粉末，然后再加入30mL叔丁醇，在40℃超声分散0.5h得到分散液A；然后向分散液A中加入128mg的乙酰丙酮镍，再在40℃超声分散0.5h后置于70℃的磁力搅拌器上搅拌12h得混合液B；3)将容积为50mL的带有聚四氟乙烯内衬的反应釜预热至70℃，然后迅速将混合液B转移至聚四氟乙烯内衬中，快速密闭反应釜并将其转移至温度为100℃的烘箱中，然后设定烘箱温度为210℃，待温度升至设置温度时，开始计时，恒温反应24h；4)溶剂热反应结束后，关闭烘箱电源，待反应釜随烘箱降温至室温后，打开反应釜，将混合液在10000rpm的速率下离心15min，并用无水乙醇清洗后在60℃的真空干燥箱中干燥12h得到C3N4-NiO复合样品。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镍‑氮化碳复合光催化剂制备方法，其特征在于：1)取36g尿素放入刚玉坩埚中，将其置于80℃的烘箱中热处理24～48h，然后盖上盖子后在马弗炉中以4.6℃/min的升温速率升至550℃，保温处理3h，自然降温至室温，得到黄色粉末状固体C3N4，研磨后待用；2)向螺口瓶中加入184mg的C3N4粉末，然后再加入30mL叔丁醇，在35～45℃超声分散得到分散液A；然后向分散液A中加入64‑514mg的乙酰丙酮镍，再在35～45℃超声分散均匀后置于65～75℃的磁力搅拌器上搅拌均匀得混合液B；3)将带有聚四氟乙烯内衬的反应釜预热至60～70℃，然后迅速将混合液B转移至聚四氟乙烯内衬中，快速密闭反应釜并将其转移至温度为100℃的烘箱中，然后设定烘箱温度为190～210℃，待温度升至设置温度时，开始计时，恒温反应12～30h；4)溶剂热反应结束后，关闭烘箱电源，待反应釜随烘箱降温至室温后，打开反应釜，将混合液在10000～12000rpm的速率下离心15min，并用无水乙醇清洗后在60℃的真空干燥箱中干燥得到C3N4‑NiO复合样品。

【技术特征摘要】
1.一种氧化镍-氮化碳复合光催化剂制备方法，其特征在于：1)取36g尿素放入刚玉坩埚中，将其置于80℃的烘箱中热处理24～48h，然后盖上盖子后在马弗炉中以4.6℃/min的升温速率升至550℃，保温处理3h，自然降温至室温，得到黄色粉末状固体C3N4，研磨后待用；2)向螺口瓶中加入184mg的C3N4粉末，然后再加入30mL叔丁醇，在35～45℃超声分散得到分散液A；然后向分散液A中加入64-514mg的乙酰丙酮镍，再在35～45℃超声分散均匀后置于65～75℃的磁力搅拌器上搅拌均匀得混合液B；3)将带有聚四氟乙烯内衬的反应釜预热至60～70℃，然后迅速将混合液B转移至聚四氟乙烯内衬中，快速密闭反应釜并将其转移至温度为100℃的烘箱中，然后设定烘箱温度为190～210℃，待温度升至设置温度时，开始计时，恒温反应12～30h；4)溶剂热反应结束后，关闭烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹行天，国玉晓，谢海霞，阙文修，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61