本发明专利技术公开了一种g‑C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料的制备方法，是将g‑C3N4纳米片和Cd3(C3N3S3)2超声分散于去离子水中形成均匀的混合悬浮液，然后转入高压釜中，于120~150℃并保温6~12小时，自然冷却后收集浅黄色沉淀物并用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得g‑C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料。本发明专利技术利用浸渍‑水热法将g‑C3N4成功的负载到了Cd3(TMT)2有机配位聚合物上，扩大了Cd3(TMT)2对可见光吸收范围，有利于光生载流子的有效分离，从而提高了它的光催化活性。用于光催化分解水的反应中，H2的产量高达713~2800μmol/h/g。
Preparation and Application of Graphite-like Carbon Nitride/Cadmium Organic Coordination Polymer Nanocomposites
The invention discloses a preparation method of g_C3N4/Cd3(C3N3S3)2 nanocomposite. The g_C3N4 nanosheet and Cd3(C3N3S3)2 are ultrasonic dispersed in deionized water to form a uniform mixed suspension, then transferred into a high-pressure autoclave at 120-150 C and kept for 6-12 hours. After natural cooling, light yellow sediments are collected, washed and dried with deionized water and anhydrous ethanol, and the g_C3N4 is obtained./ Cd3 (C3N3S3) 2 nanocomposites. The invention successfully loads g C3N4 onto Cd3 (TMT) 2 organic coordination polymer by impregnation and hydrothermal method, expands the absorption range of Cd3 (TMT) 2 to visible light, facilitates the effective separation of photogenerated carriers, thereby improving its photocatalytic activity. In the photocatalytic decomposition of water, the yield of H2 is 713-2800 micromol/h/g.
【技术实现步骤摘要】
类石墨相氮化碳/镉有机配位聚合物纳米复合材料的制备及应用
本专利技术涉及一种类石墨相氮化碳/镉有机配位聚合物纳米复合材料g-C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料的制备方法，主要用于光催化分解水产氢的反应中，属于复合材料领域和光催化分解水产氢
技术介绍
随着化石燃料的燃烧和能源的枯竭，新能源的开发和利用迫在眉睫。众所周知，氢气是一种清洁能源，具有以下主要优势。首先，氢燃烧产物是水，没有污染。其次，它会燃烧并加热。最重要的一点是它具有广泛的来源并且是可再生的。由于水含有大量的氢，因此可以通过水分解获得氢，因此用于制氢的原料丰富。近年来，随着光催化技术的成熟，由于其众多优点，越来越受到研究者的青睐。然而，光催化技术中水的分解产生氢是最令人着迷和有前途的技术。它也是其技术中最具代表性的研究之一。许多常见的具有优异性能的光催化剂，如TiO2，由于其低成本，无毒和低成本而被广泛使用。然而，它们具有宽带隙并且仅能吸收波长小于420nm的紫外光，因此它们受到很大限制。自2009年王心晨等人，首先报道了一种不含金属的聚合物，称为类石墨相氮化碳，简写为g-C3N4，受到许多研究者的青睐，由于它是一种无毒，无污染，耐高温，化学稳定，易于合成的明星催化剂。目前，已经证明g-C3N4具有约2.7eV的禁带宽度，其不仅具有合适的价带和导带，而且在可见光照射下具有广泛的氢气和氧气分解的前景。然而，虽然共轭材料g-C3N4具有良好的化学稳定性和优异的光催化性能，但纯g-C3N4具有低吸收和光生电子-空穴对的组合，并且没有达到我们期望的效果。因此，已经开发了各种方法以更好克服并解决这些问题。金属和非金属元素的掺杂，贵金属的沉积，g-C3N4形态的调节以及半导体重组形成的异质结促进了电荷的分离，并且g-C3N4的光催化活性大大提高。然而，在众多改性方法中，如何开发低成本，稳定和优异的光催化剂仍然是我们面临的巨大挑战之一。因此，大量的基于g-C3N4的异质结复合材料，例如，α-Fe2O3/g-C3N4、g-C3N4/NiS、g-C3N4/TiO2、BlackPhosphorus/g-C3N4、CeO2/g-C3N4、g-C6N6/g-C3N4、NiCoP/g-C3N4已在世界范围内开发并被认为是一种有前途的改进方法g-C3N4的光催化活性。通过这些有效的复合方法形成异质结，以增强光吸收和光生电荷的分离，从而达到提高g-C3N4的光催化活性的目的。最近，F.Guo等人发现了Cd3(C3N3S3)2作为优异的光催化剂在H2生产中是高效的。在目前的研究工作中，Cd3(C3N3S3)2，（可简写为Cd3(TMT)2，一种镉的有机配位聚合物），是通过简单的湿化学方法合成的最简单的八面体有机配位聚合物之一。它具有优异的电子传输和光响应性能，适用于价带和导带，因此它是一种优良的光催化剂。因此，将g-C3N4与Cd3(TMT)2通过一定的方法结合，使二者的性能产生协同，有望获得一种光催化性能优异的光催化剂。这里我们通过采用水热-浸渍法成功的制备了一种g-C3N4/Cd3(TMT)2复合光催化剂，形成了良好的异质结，提高了它的光催化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种g-C3N4/Cd3(TMT)2纳米复合材料的制备方法；本专利技术的另一目的是提供g-C3N4/Cd3(TMT)2纳米复合材料作为光催化剂分解水产氢的性能和应用。一、g-C3N4/Cd3(TMT)2纳米复合材料的制备将g-C3N4纳米片和Cd3(C3N3S3)2超声分散于去离子水中形成均匀的混合悬浮液，然后转入高压釜中，于120~150℃并保温6~12小时，自然冷却后收集浅黄色沉淀物并用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得g-C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料。为了使g-C3N4纳米片溶解于水中，先将g-C3N4纳米片分散于去离子水中超声半小时得到悬浮液，再将Cd3(C3N3S3)2分散于悬浮液中超声半小时，形成均匀的混合悬浮液。Cd3(C3N3S3)2与g-C3N4的质量比为1:0.005~0.02。所述干燥是在烘箱中于60~70℃下干燥6~8h。二、g-C3N4/Cd3(TMT)2纳米复合材料的表征1、TEM、SEM图分析g-C3N4/Cd3(TMT)2纳米复合材料的形貌采用TEM和SEM进行检测。图1为纯g-C3N4（a）、Cd3(TMT)2、g-C3N4/Cd3(TMT)2（b，c）的扫描电镜图及g-C3N4/Cd3(TMT)2（d，e）透射电镜图。从图a可以看出，g-C3N4纳米片扫描电子显微照片为片状结构。图b可以看到Cd3(TMT)2有机配位聚合物为正八面体的结构。通过图c、d可以看出g-C3N4纳米片均匀的负载到Cd3(TMT)2的有机配位聚合物表面上。图e显示，在介孔Cd3(TMT)2八面体上负载了相当数量的g-C3N4纳米片。图f（高倍透射）进一步揭示了g-C3N4和Cd3(TMT)2界面之间的紧密联系，g-C3N4纳米片均匀的分布在规则八面体Cd3(TMT)2配位聚合物的表面。复合材料中的g-C3N4纳米片显示出间距为0.336nm的晶格面，晶格条纹对应于g-C3N4的平面的（002）晶面，这与文献所报道的相同。2、紫外漫反射光谱图分析图2为g-C3N4/Cd3(TMT)2的紫外漫反射光谱图。可以看出，纯g-C3N4纳米片在约455nm处显示出吸收边缘，对应的禁带宽度是2.72eV。同时，与纯g-C3N4纳米片相比，纯的Cd3(TMT)2样品在可见光区域显示出相似并基本重合的吸收。在引入纯的g-C3N4纳米片光催化剂后，g-C3N4/Cd3(TMT)2样品达到约550nm，明显发生了红移。然而，随着g-C3N4含量的逐渐增加，g-C3N4/Cd3(TMT)2复合样品在可见光区域的吸收强度增强，但并未观察到连续的红移效果，表明当复合样品的比例为1%时，吸收光谱范围在可见光区达到最大值，因此，g-C3N4/Cd3(TMT)2的复合样品增加了电子-空穴对的产生，形成和传输光生载流子的效率应在一定程度上得到改善，这可能是导致产生优异的光催化活性的主要原因。3、XRD光谱图分析图3为g-C3N4/Cd3(TMT)2不同比例的XRD光谱图。对于纯g-C3N4有两个明显的衍射峰，弱的在13.04和强的在27.40°表示，可以将此类石墨相的材料索引为JCPDS87-1526的（100）和（002）峰。纯g-C3N4纳米片与体相g-C3N4产生两个一致的峰，表明纳米片基本上具有与其母体g-C3N4相同的晶体结构。不仅如此，它与Cd3(TMT)2和g-C3N4/Cd3(TMT)2纳米复合物的衍射峰相同。并且根据SEM图也清楚的证明g-C3N4纳米片成功地均匀分布的负载到Cd3(TMT)2配位聚合物表面，表明复合光催化剂已成功制备。4、傅里叶红外光谱图分析FT-TR测量进一步揭示了复合光催化剂的结构特征。图4分别说明了纯g-C3N4纳米片（a）、纯Cd3(TMT)2（b）和g-C3N4/Cd3(TMT)2复合材料（c）的FT-IR光谱。复合样品显示出与纯样品相似的特征峰。g-C3N4纳米片在808cm-1处的吸收带可归因于C-N杂环的面外环弯曲模式。然而本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种g‑C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料的制备方法，是将g‑C3N4纳米片和Cd3(C3N3S3)2超声分散于去离子水中形成均匀的混合悬浮液，然后转入高压釜中，于120~150℃并保温6~12小时，自然冷却后收集浅黄色沉淀物并用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得g‑C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种g-C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料的制备方法，是将g-C3N4纳米片和Cd3(C3N3S3)2超声分散于去离子水中形成均匀的混合悬浮液，然后转入高压釜中，于120~150℃并保温6~12小时，自然冷却后收集浅黄色沉淀物并用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得g-C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料。2.如权利要求1所述一种g-C3N4/Cd3(C3N3S3)2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：先将g-C3N4纳米片超声分散于去离子水中的悬浮液，再将Cd3(...
【专利技术属性】
技术研发人员：佘厚德，王龙龙，王其召，王磊，黄静伟，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62
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