高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及材料制备及光催化领域，旨在提供一种高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化材料的制备方法。该方法包括：前驱体热解聚合法制备g-C3N4、配制AuCl3·HCl·4H2O储备液和光还原沉积法制备Au/g-C3N4三个步骤。本发明专利技术制得的g-C3N4为层状结构，具有较大的比表面积和适宜的禁带宽度。本发明专利技术所得光催化材料中Au均匀分散于载体表面。一方面Au作为助催化剂可以促进光生电子空穴的完全分离并提供反应活性位点；另一方面Au的SPR效应可以促进可见光的吸收，最终达到光催化反应效果的提高。

Method for preparing high visible photoelectron transfer Au/g-C3N4 supported photocatalytic material

The invention relates to the field of material preparation and photocatalysis, and aims to provide a method for preparing a high visible photoelectron transfer Au/g-C3N4 supported photocatalytic material. The method comprises the following steps: preparation of g-C3N4 by Precursor Pyrolysis polymerization method, preparation of AuCl3 / HCl / 4H2O reserve liquid, and preparation of Au/g-C3N4 by photo reduction deposition method in three steps. The g-C3N4 prepared by the invention has a layered structure with a large specific surface area and a suitable band gap. The Au in the photocatalytic material of the invention is evenly dispersed on the surface of the carrier. On the one hand, Au as a cocatalyst can promote the separation of photoinduced electrons and holes and provide reactive sites; SPR effect of Au on the other hand, can promote the absorption of visible light, to improve the effect of photocatalytic reaction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种具有较高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化剂制备方法，属于材料制备及光催化领域。
技术介绍
随着经济的发展和社会的进步，能源短缺及环境污染治理的需求越来越急切，环境光催化技术被认为是一种低成本、环境友好的绿色能源和环境治理技术，被广泛关注。能源转化和污染物治理统一于光催化电子转移过程。因此开发出具有高可见光电子转移能力、高可见光催化反应效率的半导体催化剂具有不言而喻的经济和环境效益。目前，开发出来的光催化剂很多，但多数为紫外光响应催化剂。然而，太阳光中紫外光仅占4％，为了更好的利用太阳能，开发可见光响应催化剂更具有现实意义。g-C3N4是近年来才被发现可以用于可见光能源转化及污染物降解的光催化剂，由于具有价格低廉、高稳定性、独特的光化学性能及催化性能等优点，g-C3N4得到了广泛的研究。然而，单纯的g-C3N4存在电子空穴复合率高、界面电子传递效率低等问题。通过修饰改性技术提高g-C3N4的光催化性能具有较好的研究意义。如专利CN103272639A以尿素为前驱体，通过共聚合反应对g-C3N4进行修饰改性，增强催化剂表面传质过程的同时，降低半导体带隙宽度，促进光生载流子分离与迁移，提高太阳能利用率；专利CN103301867A将碳氮源前体物与无机盐在水溶液中充分混合后烘干，进行煅烧后得到无机离子掺杂的催化剂，使得g-C3N4的光催化活性显著增强。以上方法虽增大了催化剂比表面积、提高光催化反应活性，但并未从根本上解决电子空穴复合率高的问题。研究表明，以纳米贵金属材料修饰半导体光催化材料能够促进电子－空穴的有效分离，提高界面电子传递效率，延长催化剂的使用时间。在半导体催化剂表面负载纳米金属材料后，由于金属与半导体具有不同的费米能级，光催化反应过程中，半导体价带电子将受激跃迁至空的导带，而因为金属费米能级的作用，电子将最终跃迁至费米能级，从而使半导空穴－电子对发生有效分离，形成半导体价带将以空穴为主，金属费米能级以电子为主的体系；光催化过程中，吸附到半导体表面的有机基团(羟基、羧基)与价带空穴发生氧化还原反应而被氧化，同时作为电子受体的基团将接受费米能级提供的电子而被还原，以此提高光催化反应效率。同时金属的负载还可以提高半导体催化剂对可见光的有效吸收。专利CN102764649A将贵金属Ag负载至纳米TiO2上，能够促进电子空穴对的有效分离，提高电子转移效率，同时还可增强其对可见光的响应能力。作为SPR金属，Au负载催化剂得到了广泛的研究。一方面，Au作为助催化剂，能促进电子空穴对的分离，同时为催化反应提供活性位点；另一方面，Au的SPR效应能扩展催化剂的可见光吸收能力及光催化活性。通过一定的催化剂制备手段，在g-C3N4上负载SPR金属Au，实现高效电子转移，具有一定的研究价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中催化剂在光催化反应中电子空穴复合率高、可见光响应能力弱的缺点，提供一种高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化材料的制备方法。该催化剂的制备采用传统的光还原沉积法，其操作简单，合成的产率较高，适合扩大化生产的要求。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)前驱体热解聚合法制备g-C3N4称取2～10g的二氰二胺作为碳氮源，放入加盖的坩埚中，转至马弗炉中加温去氨；自然冷却后，研磨得到淡黄色g-C3N4粉末；(2)配制储备液将1g的AuCl3·HCl·4H2O固体颗粒溶于100mL去离子水中，制得浓度为10mg/mL的AuCl3·HCl·4H2O储备液；(3)光还原沉积法制备Au/g-C3N4将0.3g的g-C3N4粉末加至60mL去离子水和15mL无水甲醇的混合溶液中，再加入130～3140μL的AuCl3·HCl·4H2O储备液，首先在黑暗条件下磁力搅拌2小时使Au3+与g-C3N4充分接触；接着光照3h,光还原反应采用紫外滤光片UVREF使光源的出射光谱波长在200～400nm范围；反应结束后，抽滤并以去离子水清洗三次，在60℃的空气气氛下过夜后烘干，得到高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化材料。本专利技术中，步骤(1)中所述的加温去氨是指：碳氮源在马弗炉中先以10℃/min的速率由室温升到500℃，恒温2h；再以5℃/min的速率升到520℃，恒温2h；通过该加温过程除去碳氮源中的氨成分。本专利技术中，步骤(3)中所述的光源是300W的氙灯。本专利技术中，步骤(3)的反应过程中，持续通Ar气以排除O2的干扰，并持续磁力搅拌；本专利技术中，所述高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化材料的比表面积为78～300m2/g，禁带宽度Eg＝2.7eV。相对于现有技术，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术以前驱体热解聚合法制得的g-C3N4为层状结构，具有较大的比表面积(78～300m2/g)和适宜的禁带宽度(Eg＝2.7eV)。(2)本专利技术所得光催化材料中Au均匀分散于载体表面。一方面Au作为助催化剂可以促进光生电子空穴的完全分离并提供反应活性位点；另一方面Au的SPR效应可以促进可见光的吸收，最终达到光催化反应效果的提高。附图说明图1为本专利技术所述方法的流程图；图2为g-C3N4及不同Au负载量的Au/g-C3N4的紫外可见光漫反射DRS图；图3为不同g-C3N4及Au负载量的Au/g-C3N4的PL图；图4为g-C3N4及不同Au负载量的Au/g-C3N4的产氢效果实验图；图5为g-C3N4及不同Au负载量的Au/g-C3N4的脱氯效果实验图。具体实施方式下面结合实施例来对本专利技术进一步详细说明，其中部分制备条件仅是作为典型情况的说明，并非是对本专利技术的限定。实施例11.光催化剂Au/g-C3N4(0.2wt％)的制备(1)g-C3N4制备：采用前驱体热解聚合法。称取2g二氰二胺放入加盖的坩埚中，在马弗炉中先以10℃/min的速率由室温升到500℃，恒温2h；再以5℃/min的速率升到520℃，恒温2h(去氨过程)。之后让体系自然冷却，研磨后得到淡黄色g-C3N4粉末。(2)溶液配制：将1g固体颗粒AuCl3·HCl·4H2O溶于100mL去离子水中，制得10mg/mL浓度的AuCl3·HCl·4H2O储备液。(3)Au/g-C3N4制备：采用光还原沉积法。0.3g的g-C3N4加入60mL去离子水和15mL无水甲醇中，加入浓度为10mg/mLAuCl3·HCl·4H2O储备液130μL，首先在黑暗条件下磁力搅拌两小时使Au3+与g-C3N4充分接触。接着光照3h，光还原反应所用光源为300W的氙灯，采用紫外滤光片UVREF使出射光谱波长200～400nm范围。反应过程中持续通Ar气，并不断磁力搅拌。抽滤，去离子水清洗三次，60℃空气气氛下过夜烘干，得到高可见光电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
高可见光电子转移Au/g‑C3N4负载型光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)前驱体热解聚合法制备g‑C3N4称取2～10g的二氰二胺作为碳氮源，放入加盖的坩埚中，转至马弗炉中加温去氨；自然冷却后，研磨得到淡黄色g‑C3N4粉末；(2)配制储备液将1g的AuCl3·HCl·4H2O固体颗粒溶于100mL去离子水中，制得浓度为10mg/mL的AuCl3·HCl·4H2O储备液；(3)光还原沉积法制备Au/g‑C3N4将0.3g的g‑C3N4粉末加至60mL去离子水和15mL无水甲醇的混合溶液中，再加入130～3140μL的AuCl3·HCl·4H2O储备液，首先在黑暗条件下磁力搅拌2小时使Au3+与g‑C3N4充分接触；接着光照3h，光还原反应采用紫外滤光片UVREF使光源的出射光谱波长在200～400nm范围；反应结束后，抽滤并以去离子水清洗三次，在60℃的空气气氛下过夜后烘干，得到高可见光电子转移Au/g‑C3N4负载型光催化材料。

【技术特征摘要】
1.高可见光电子转移Au/g-C3N4负载型光催化材料的制备方法，其特征在于，包
括以下步骤：
(1)前驱体热解聚合法制备g-C3N4称取2～10g的二氰二胺作为碳氮源，放入加盖的坩埚中，转至马弗炉中加温去氨；
自然冷却后，研磨得到淡黄色g-C3N4粉末；
(2)配制储备液
将1g的AuCl3·HCl·4H2O固体颗粒溶于100mL去离子水中，制得浓度为10mg/mL
的AuCl3·HCl·4H2O储备液；
(3)光还原沉积法制备Au/g-C3N4将0.3g的g-C3N4粉末加至60mL去离子水和15mL无水甲醇的混合溶液中，再加
入130～3140μL的AuCl3·HCl·4H2O储备液，首先在黑暗条件下磁力搅拌2小时使Au3+与g-C3N4充分接触；接着光照3h，光还原反应采用紫外滤光片UVREF使光源的出射
光谱波长在200～40...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟荣，谢丽红，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33