一种复合光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合光催化剂的制备方法，通过液相剥离、超声辅助超临界CO2剥离和二次焙烧相结合的工艺剥离g‑C3N4，制备出少数层的g‑C3N4，且通过植物还原贵金属Pt、溶胶沉积和焙烧相结合的方法将SiC和Pt纳米颗粒负载在g‑C3N4的表面，该方法绿色环保且能够增加Pt纳米颗粒、g‑C3N4、SiC三种物质之间的分子作用力，从而增加该复合光催化剂的化学物理稳定性和光催化活性稳定性。本发明专利技术制备的g‑C3N4‑SiC‑Pt复合光催化剂，其光解水产氢速率达595.3～725.6μmol/h/g，量子效率为2.76～3.36％。

Preparation of a composite photocatalyst

The invention discloses a preparation method of composite photocatalyst, which peels g_C3N4 by a process combining liquid phase peeling, ultrasonic-assisted supercritical CO2 peeling and secondary calcination, and prepares a few layers of g_C3N4, and loads SiC and PT nanoparticles on the composite photocatalyst by a combination of plant reduction of precious metal Pt, sol deposition and calcination. The method is green and can increase the molecular interaction between Pt nanoparticles, g_C3N4 and SiC, thereby increasing the chemical and physical stability and photocatalytic activity stability of the composite photocatalyst. The g_C3N4_SiC_Pt composite photocatalyst prepared by the present invention has a hydrogen production rate of 595.3-725.6 micromol/h/g and a quantum efficiency of 2.76-3.36%.

【技术实现步骤摘要】
一种复合光催化剂的制备方法
本专利技术属于制备光催化剂材料领域，具体涉及一种复合光催化剂的制备方法。
技术介绍
光催化技术被称为“21世纪梦的技术”，受到许多科研人员的关注，而光催化分解水制氢技术又是光催化领域研究的热点项目，因为通过光催化分解水制氢可以把低密度能量的太阳能转化为高密度能量的氢能。通过绿色环保的光催化技术，将太阳能转化为氢能能够很好地解决当今人类面临的环境污染和能源危机两大社会问题。从1972年日本科学家Fujishima等人发现TiO2在光电作用下可以分解水产生H2之后，光催化分解水制氢进入了一个全新的发展阶段。经过这四十几年的发展，发现在光催化分解水制氢这一技术中，最重要的环节就是关于光催化剂的选择与开发。目前所研究的光催化剂按是否为有机物来划分主要可以分为有机半导体光催化剂和无机半导体光催化剂两大类。单一的半导体光催化剂在光催化分解水制氢的应用中展示出的光催化活性普遍比较低。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种2D层状非金属光催化材料，研究人员常通过对半导体光催化剂进行改性或者与其他半导体材料进行复合来提高其光催化活性。现有技术制备的层状g-C3N4通常存在一个较为明显的瑕疵，即g-C3N4的形貌是比较不规整的，层与层之间堆集的比较严重且比表面积较小，严重阻碍了光生载流子的有效分离而且不能提供足够的反应活性位点，从而限制了其光催化分解水制氢性能的提高。而薄层g-C3N4的制备往往产率很低，将其与其他半导体材料进行复合的难度也很大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种复合光催化剂的制备方法，解决了上述
技术介绍
中的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1)g-C3N4的制备：①取三聚氰胺于550～650℃下焙烧3～5h，将所得固体研磨成粉末，标记为g-C3N4-bulk；②取g-C3N4-bulk分散在异丙醇超声之后去除沉淀，用去离子水对剩余的异丙醇g-C3N4溶液离心洗涤1～3次，洗涤后的沉淀在40～60℃烘箱中干燥8～12h后将样品研磨并标记为g-C3N4-exfoliated；③取g-C3N4-exfoliated进行CO2剥离，将剥离之后的样品标记为g-C3N4-nanosheet；2)负载SiC和Pt纳米颗粒：①以芳樟提取液为还原剂，在还原剂中逐滴加入氢氧化钠溶液，然后加入H2PtCl6·6H2O溶液为金属前驱体，在80～90℃下搅拌1～2h，制得Pt溶胶；②将g-C3N4-nanosheet和SiC分别在去离子水中分散后混合，然后将混合液移至常温下搅拌1.5～2.5h，在开始搅拌时缓慢加入Pt溶胶，最后将混合液中的水分完全蒸发得到固体的混合物，将该混合物标记为g-C3N4-SiC-Pt-physical-mixture；在本专利技术一较佳实施例中，g-C3N4-nanosheet的质量为0.4～1.0g，相应的Pt单质的质量为其中的1％(即0.004～0.01)，而芳樟提取液用量为30mL20g/L(即芳樟质量为0.6g)。③将g-C3N4-SiC-Pt-physical-mixture于300～400℃下焙烧3～5h，得到产物，所述产物为拥有少层数g-C3N4的g-C3N4-SiC-Pt复合光催化剂，其光解水产氢速率达595.3～725.6μmol/h/g，量子效率为2.76～3.36％。在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤1)-②中g-C3N4-bulk在异丙醇中超声1～3h后静置10～30s，去除块状沉淀得到较薄的g-C3N4，在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤1)-③中CO2剥离时间为10～30min。在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)-①中还原剂为20g/L的芳樟提取液，前驱体为37.03mmol/L的H2PtCl6·6H2O溶液，所述氢氧化钠溶液浓度为5mol/L，所述芳樟提取液、氢氧化钠溶液的体积比为100～300:1～2。在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)-②中SiC与g-C3N4-nanosheet的质量比为1:20。在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)-②中将g-C3N4-nanosheet和SiC分别分散在去离子水中，超声15～30min，再将两者混合之后超声10～30min，得到混合液。在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)-②中将加入Pt溶胶的混合液在80～90℃油浴中搅拌直至混合液中的水分蒸发完全，得到固体的混合物。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：本专利技术制备出的g-C3N4-SiC-Pt复合光催化剂具有较好的光催化活性，其光解水产氢速率达595.3～725.6μmol/h/g，量子效率为2.76～3.36％，并且具有较规整的形貌特征，其中g-C3N4的层数较少而且SiC和Pt纳米颗粒均匀地分散在g-C3N4的表面。本专利技术制备的g-C3N4-SiC-Pt复合光催剂用于光催化分解水制氢体系具有以下优势：(1)有机半导体g-C3N4与无机半导体SiC相结合，其界面之间将生成有机-无机异质结，有利于光生电子-空穴对的有效快速分离；(2)贵金属Pt纳米颗粒均匀地分数在g-C3N4与SiC的表面，Pt与两种半导体的界面将产生莫特-肖特基，有利于阻止光生电子-空穴对的复合，此时Pt纳米颗粒表面为光催化反应提供反应活性位点，在其表面产生H2，使该体系的光催化分解水制氢的活性得到极大提升；(3)本专利技术对g-C3N4进行了三次不同程度的剥离，分别是异丙醇液相剥离、超声辅助的超临界CO2剥离和二次焙烧，通过这些措施使原本呈现块状的g-C3N4具有层数较少且层状轮廓清晰的g-C3N4的，这有利于比表面积的增大从而提供更多的反应活性位点同时有利于光生载流子的迁移与分离；(4)本专利技术向载体负载贵金属Pt纳米颗粒的方式是先用植物提取液还原出Pt纳米颗粒，然后用溶胶沉积和焙烧的方法使Pt纳米颗粒负载在载体上，这不同于在光催化领域经常使用光沉积和化学还原浸渍贵金属的方式，本专利技术负载贵金属的方法绿色环保而且成本低有利于大规模制备还原贵金属。附图说明图1a为通过本专利技术制备的没有负载贵金属Pt的g-C3N4-SiC复合光催化剂的TEM图片；图1b为通过本专利技术制备的g-C3N4-SiC-Pt复合光催化剂的TEM图片。图2为本专利技术在不同焙烧温度制备g-C3N4-SiC-Pt复合光催化剂的光催化分解水制氢的光催化活性差异。图3为本专利技术制备的g-C3N4-SiC-Pt复合光催化剂的光催化反应稳定性测试。具体实施方式下面结合附图和实施例具体说明本专利技术的内容：实施例1请查阅图1，本实施例的一种复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1)g-C3N4的制备：①将5g三聚氰胺于马弗炉中以2℃/min的升温速率在550～650℃下焙烧4h，将所得黄色固体在玛瑙中研磨成粉末，得到块状的g-C3N4，标记为g-C3N4-bulk；②取0.3g的g-C3N4-bulk分散在40mL异丙醇中在300W超声机中超声3h后静置30s移除异丙醇中溶液的沉淀，然后对异丙醇溶液进行9000rpm离心3min去除异丙醇，并用去离子水重复离心洗涤3次，所得沉淀在50℃烘箱中干燥12h后，将样品研磨，得到片层状的g-C3N4，并标记为g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)g‑C3N4的制备：①取三聚氰胺于550～650℃下焙烧3～5h，将所得固体研磨成粉末，标记为g‑C3N4‑bulk；②取g‑C3N4‑bulk分散在异丙醇进行超声剥离后,去除块状沉淀，然后对剩余的异丙醇g‑C3N4‑bulk溶液用去离子水离心洗涤1～3次，洗涤后的沉淀在40～60℃烘箱中干燥8～12h后将样品研磨并标记为g‑C3N4‑exfoliated；③取g‑C3N4‑exfoliated进行CO2剥离，将剥离之后的样品标记为g‑C3N4‑nanosheet；2)负载SiC和Pt纳米颗粒：①以芳樟提取液为还原剂，在还原剂中逐滴加入氢氧化钠溶液，然后加入H2PtCl6·6H2O溶液为金属前驱体，在80～90℃下搅拌1～2h，制得Pt溶胶；②将g‑C3N4‑nanosheet和SiC分别在去离子水中分散后混合，然后将混合液移至常温下搅拌1.5～2.5h，在开始搅拌时缓慢加入Pt溶胶，最后将混合液中的水分完全蒸发得到固体的混合物，将该混合物标记为g‑C3N4‑SiC‑Pt‑physical‑mixture；③将g‑C3N4‑SiC‑Pt‑physical‑mixture于300～400℃下焙烧3～5h，得到产物，所述产物为拥有少层数g‑C3N4的g‑C3N4‑SiC‑Pt复合光催化剂，其光解水产氢速率达595.3～725.6μmol/h/g，量子效率为2.76～3.36％。...

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)g-C3N4的制备：①取三聚氰胺于550～650℃下焙烧3～5h，将所得固体研磨成粉末，标记为g-C3N4-bulk；②取g-C3N4-bulk分散在异丙醇进行超声剥离后,去除块状沉淀，然后对剩余的异丙醇g-C3N4-bulk溶液用去离子水离心洗涤1～3次，洗涤后的沉淀在40～60℃烘箱中干燥8～12h后将样品研磨并标记为g-C3N4-exfoliated；③取g-C3N4-exfoliated进行CO2剥离，将剥离之后的样品标记为g-C3N4-nanosheet；2)负载SiC和Pt纳米颗粒：①以芳樟提取液为还原剂，在还原剂中逐滴加入氢氧化钠溶液，然后加入H2PtCl6·6H2O溶液为金属前驱体，在80～90℃下搅拌1～2h，制得Pt溶胶；②将g-C3N4-nanosheet和SiC分别在去离子水中分散后混合，然后将混合液移至常温下搅拌1.5～2.5h，在开始搅拌时缓慢加入Pt溶胶，最后将混合液中的水分完全蒸发得到固体的混合物，将该混合物标记为g-C3N4-SiC-Pt-physical-mixture；③将g-C3N4-SiC-Pt-physical-mixture于300～400℃下焙烧3～5h，得到产物，所述产物为拥有少层数g-C3N4的g...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑艳梅，张兴丰，杜仲奕，李清彪，孙道华，黄加乐，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35