一种光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法，本发明专利技术制备的光催化剂是硫元素和氰基共改性的氮化碳光催化剂，且具有高光催化活性和高光催化稳定性；根据实施例的数据可知，在光催化分解水制氢性能测试中，本发明专利技术制备的催化剂产氢量显著高于纯氮化碳，具有更高的光催化活性。本发明专利技术的方法原料易得、制备成本低廉，制备方法简单方便。

A photocatalyst and its preparation method

The invention belongs to the technical field of photocatalytic materials, in particular to a photocatalyst and its preparation method. The photocatalyst prepared by the invention is a carbon nitride photocatalyst co-modified by sulfur and cyanogen, and has high photocatalytic activity and high photocatalytic stability. According to the data of the embodiment, it is known that in the performance test of photocatalytic water decomposition for hydrogen production, the catalyst prepared by the invention produces hydrogen. The photocatalytic activity is higher than that of pure carbon nitride. The method has the advantages of easy availability of raw materials, low preparation cost and simple and convenient preparation method.

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及光催化材料
，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法。
技术介绍
光催化水分解制氢是一种有光明应用前景的方法，能够减少化石能源的使用和大气二氧化碳温室气体的浓度。非金属类石墨烯氮化碳具有独特的物理化学性能，尤其是可见光活性，引起了科研工作者的极大兴趣。而且，氮化碳聚合物本身能够通过分子层级改性和表面工程达到控制表面化学的目的。近年来，大量科研工作者致力于解决氮化碳可见光吸光能力差、量子效率低的研究中，以提高氮化碳的光催化活性，并提供了许多优化方法，包括元素掺杂、染料敏化、形貌优化和构建多元半导体复合材料等等。例如，制备钾元素掺杂的氮化碳显著提高了光催化制氢活性。另外，塑造结构缺陷也是一种调整电子结构、促进光生电荷转移的重要途径，且能产生光催化活性位点，以提高光催化制氢活性。其中，氰基官能团是一种有效的结构缺陷，能够及时分离光生电子空穴对，增加电子空穴寿命，最终提高氮化碳的催化活性。然而，现有合成的石墨相氮化碳中，虽然含有氰基官能团，但是不能同时掺杂其它元素进入氮化碳中，限制了石墨相氮化碳催化活性的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光催化剂，该光催化剂包括石墨相氮化碳和硫元素，硫元素掺杂在所述石墨相氮化碳的晶格中，且石墨相氮化碳存在氰基缺陷，具有高光催化活性和高光催化稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺分开放置，然后对所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺进行热处理，得到光催化剂。优选的，所述石墨相氮化碳粉末由尿素经烧结而成。优选的，所述烧结的温度为450～550℃，时间为1.5～2.5h。优选的，所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺的质量比为0.3:0.1～3。优选的，所述热处理的温度为200～350℃，时间为1～3h。优选的，升温至所述热处理的温度的升温速率为2～30℃/min。优选的，所述热处理在保护气氛下进行。优选的，所述保护气氛为惰性气体。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的光催化剂，包括石墨相氮化碳和掺杂在所述石墨相氮化碳晶格中的硫元素，所述石墨相氮化碳存在氰基缺陷。优选的，所述光催化剂中硫元素的原子百分含量为0.05～0.5at.％。本专利技术提供了一种光催化剂的制备方法，将石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺分开放置，然后对所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺进行热处理，得到光催化剂。本专利技术制备的光催化剂包括石墨相氮化碳和掺杂在所述石墨相氮化碳晶格中的硫元素，所述石墨相氮化碳存在氰基缺陷，是一种硫元素和氰基共改性的石墨相氮化碳光催化剂，具有高光催化活性和高光催化稳定性，相比本专利技术的原料-石墨相氮化碳(纯氮化碳)，本专利技术使用硫元素和氰基共改性的石墨相氮化碳光催化剂更适合于光催化领域的工业化大规模应用；根据实施例的数据可知，在光催化分解水制氢性能测试中，本专利技术的催化剂产氢量显著高于纯氮化碳，具有更高的光催化活性。本专利技术的光催化剂的原料易得、制备成本低廉，制备方法简单方便，克服了现有技术中合成含氰基氮化碳时成本高、步骤繁琐，不利于大量合成的技术难题。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的光催化剂的X射线粉末衍射图(XRD)；图2为本专利技术实施例1制备的光催化剂及纯氮化碳的傅里叶转换红外光谱图；图3为本专利技术实施例1～5制备的光催化剂及纯氮化碳光解水制氢图。具体实施方式本专利技术提供了一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺分开放置，然后对所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺进行热处理，得到光催化剂。在本专利技术中，所述石墨相氮化碳粉末(即纯氮化碳)优选由尿素经烧结而成。在本专利技术中，所述烧结的温度优选为450～550℃，更优选为500℃，时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h。本专利技术优选将尿素放入氧化铝瓷方舟中，然后将氧化铝瓷方舟放置于马弗炉里进行烧结。在本专利技术中，所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺的质量比优选为0.3:0.1～3，更优选为0.3:0.5～2，最优选为0.3:1～1.5。在本专利技术中，所述热处理的温度优选为200～350℃，更优选为250～300℃；时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h。本专利技术优选自室温升温至所述热处理的温度，升温至所述热处理的温度的升温速率优选为2～30℃/min，更优选为10～20℃/min。在本专利技术中，所述热处理优选在保护气氛下进行；所述保护气氛优选为惰性气体，更优选为氩气。在本专利技术中，所述热处理优选在管式炉中进行。本专利技术优选将石墨相氮化碳粉末和硫代乙酰胺放置于不同的瓷方舟中同时进行热处理。本专利技术将石墨相氮化碳粉末和硫代乙酰胺放置于不同的瓷方舟中能够避免石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺直接接触反应，保证石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺的分解产物之间的反应顺利进行。本专利技术同时对石墨相氮化碳粉末和硫代乙酰胺进行热处理，利用硫代乙酰胺热分解产生的硫化氢和氰化甲烷对石墨相氮化碳进行改性，在改性过程中，硫化氢和氰化甲烷分别与石墨相氮化碳发生反应，硫元素取代氮元素以碳-硫键的形式掺杂到石墨相氮化碳晶格中，氰化甲烷上的氰基直接连到石墨相氮化碳上，构成氰基结构缺陷，最终得到改性后的石墨相氮化碳，即光催化剂。热处理完成后，本专利技术优选将所得体系随炉冷却至室温，得到光催化剂。本专利技术提供了一种光催化剂，包括石墨相氮化碳和硫元素，所述石墨相氮化碳存在氰基缺陷，所述光催化剂为上述技术方案所述制备方法制备得到的光催化剂。在本专利技术中，所述硫元素的原子百分含量优选为0.05～0.5at.％，所述硫元素掺杂于石墨相氮化碳的晶格中。下面结合实施例对本专利技术提供的光催化剂及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例1将50g尿素倒入氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里，在500℃进行烧结2h，然后随炉冷却，得到石墨相氮化碳粉末(纯氮化碳)。取0.3g所述石墨相氮化碳粉末放入到瓷方舟中，称取1g硫代乙酰胺放于另一瓷方舟中，在氩气气氛下进行热处理，所述热处理的升温程序为：以10℃/min的升温速率从室温升至250℃，并保温2h，然后随炉冷却至室温，得到光催化剂。图1为本专利技术实施例1制备的光催化剂的X射线粉末衍射图(XRD)；由图可知，本专利技术制备的光催化剂的结构与纯氮化碳相同，即能够保持氮化碳的原本结构及性质；图2为本专利技术实施例1制备的光催化剂及纯氮化碳的傅里叶转换红外光谱图；由图可知，本专利技术的光催化剂中含有的氮化碳出现了氰基官能团峰，而纯氮化碳中不含氰基官能团。实施例2将50g尿素倒入氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里，在500℃进行烧结2h，然后随炉冷却，得到石墨相氮化碳粉末。取0.3g所述石墨相氮化碳粉末放入到瓷方舟中，称取0.1g硫代乙酰胺放于另一瓷方舟中，在氩气气氛下进行热处理，所述热处理的升温程序为：以2℃/min的升温速率从室温升至200℃，并保温3h，然后随炉冷却至室温，得到光催化剂。实施例3将50g尿素倒入氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里，在500℃进行烧结2h，然后随炉冷却，得到石墨相氮化碳粉末。取0.3g所述石墨相氮化碳粉末放入到瓷方舟中，称取0.5g硫代乙酰胺放于另一瓷方舟中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺分开放置，然后对所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺进行热处理，得到光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺分开放置，然后对所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺进行热处理，得到光催化剂。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述石墨相氮化碳粉末由尿素经烧结而成。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为450～550℃，时间为1.5～2.5h。4.根据权利要求1～3任一项所述制备方法，其特征在于，所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺的质量比为0.3:0.1～3。5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为200～35...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，杨成武，秦家千，马明臻，刘日平，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13