g-C3N4/MoS2复合光催化剂及其一锅法制备方法技术

本发明专利技术涉及一种g‑C3N4/MoS2复合光催化材料及其一锅法制备方法。该方法包括步骤：1)将g‑C3N4的前驱体和钼源混合，并充分研磨，之后真空干燥，得到干燥混合物；2)将步骤1)得到的所述干燥混合物在氮气气氛保护下煅烧，得到g‑C3N4/MoS2复合光催化剂。本发明专利技术的方法制备的g‑C3N4/MoS2复合光催化剂中g‑C3N4与MoS2形成非常牢固的异质结界面，从而具有优异的产氢性能。本发明专利技术还包括该方法制备的g‑C3N4/MoS2复合光催化剂。

【技术实现步骤摘要】
g-C3N4/MoS2复合光催化剂及其一锅法制备方法
本专利技术涉及纳米光催化材料领域，尤其涉及一种g-C3N4/MoS2复合光催化剂及其一锅法制备方法。
技术介绍
利用光催化技术将太阳能转化为化学能，是解决全球能源和环境危机的一种很有前途的方法。为了使这项技术可持续发展，人们需要开发低成本和高效的非金属光催化剂。g-C3N4因其合适的带隙，高温和化学稳定性，毒性相对较低等优点已经被认为是一种极具前景的用于许多光催化应用的非金属基光催化剂。然而，原始的g-C3N4光催化剂的整体性能仍然受到限制，因为它的比表面积较小，可见光吸收差，以及快速的电荷复合。研究表明，负载贵金属作为助催化剂能够有效地分离光生电子和空穴，非常显著的提高光催化产氢性能。然而，贵金属在地球的储量非常有限，且价格昂贵，很大程度的限制了其广泛的应用。所以，开发廉价的、储量丰富的非贵金属作为助催化剂已经成为科研工作者的研究热点。MoS2由于其二维层状结构和非常优异的析氢能力，被广泛应用于产氢助催化剂。然而，g-C3N4主体材料和助催化剂MoS2之间连接的紧密程度是影响产氢性能的关键因素。目前g-C3N4/MoS2复合材料的制备大多采用两步法，首先合成g-C3N4，然后采用水热法或液相沉积法负载MoS2。该方法不仅工艺繁琐，制备周期长，而且g-C3N4和MoS2两者之间不能形成非常牢固的异质结界面。
技术实现思路
因此，为了克服g-C3N4/MoS2复合材料制备方法繁琐且g-C3N4和MoS2不能形成牢固的异质结界面，需要开发工艺简单，能够形成优异的异质结界面的g-C3N4/MoS2复合光催化材料及其制备方法。在此专利技术中我们选择硫脲和尿素为g-C3N4的前驱体原料，另外硫脲为MoS2的生成提供硫源，尿素的加入可以增大材料的比表面积和孔隙率，钼酸铵、钼酸钠或硫代钼酸铵中的一种或几种为MoS2的钼源。本专利技术提出一种一锅法制备g-C3N4/MoS2复合光催化剂的方法，包括如下步骤：1)将g-C3N4的前驱体和钼源混合，并充分研磨，之后真空干燥，得到干燥混合物；2)将步骤1)得到的所述干燥混合物在氮气气氛保护下煅烧，得到g-C3N4/MoS2复合光催化剂。进一步地，在步骤1)中，所述g-C3N4的前驱体包括硫脲和尿素，将所述硫脲先与所述钼源混合并研磨，再加入所述尿素继续充分研磨，之后进行所述真空干燥。更进一步地，在步骤1)中，将所述硫脲与所述钼源混合并研磨20-50min，加入所述尿素继续充分研磨20-50min，之后进行所述真空干燥。优选地，在步骤1)中，所述钼源包括钼酸铵、钼酸钠和硫代钼酸铵中的一种或多种。优选地，所述硫脲、所述尿素和所述钼源的质量比为1：(0.25～2)：(0.002～0.8)。优选地，在步骤1)中，所述真空干燥的温度为40～60℃，所述真空干燥的时间为6～12h。优选地，在步骤2)中，将步骤1)得到的所述干燥混合物在氮气的流量5～15mL/min的氮气气氛保护下煅烧。优选地，在步骤2)中，将步骤1)得到的所述干燥混合物在氮气气氛保护下在温度为500～580℃的条件下煅烧，其中升温速率为2.5～10℃/min。本专利技术还包括一种g-C3N4/MoS2复合光催化剂，该g-C3N4/MoS2复合光催化剂由上述所述的方法制得。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：将g-C3N4的前驱体和钼源混合，并充分研磨，之后真空干燥，得到干燥混合物，将步骤1)得到的所述干燥混合物在氮气气氛保护下煅烧，得到g-C3N4/MoS2复合光催化剂。所制备的g-C3N4/MoS2复合光催化剂呈多孔超薄片状穿插结构，比表面积大，g-C3N4与MoS2形成非常牢固的异质结界面，从而具有优异的产氢性能。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的XRD图。图3是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的透射图。图4是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的高分辨透射电镜图。图5是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂在77K下N2的吸附和脱附曲线图。图6是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的孔径分布图。图7是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的紫外-可见漫反射图谱。图8是本专利技术实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的傅里叶转换红外光谱图。图9为本专利技术应用例1中实施例1所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的产氢性能与对比例1所得催化剂产氢性能对比图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。实施例1本实施例的g-C3N4/MoS2复合光催化剂通过以下步骤制备：(1)称取硫脲2.5g，钼酸钠0.0030g，放于玛瑙研钵中，充分研磨30min，然后称取尿素2.5g继续研磨30min，之后置于60℃真空干燥箱干燥6h，得到干燥混合物；(2)将步骤(1)得到的干燥混合物置于半封闭的瓷舟中，在氮气气氛保护下在550℃下煅烧(氮气流速10mL/min，升温速率5℃/min)，得到g-C3N4/MoS2复合光催化剂。从图1可以得知本实施例所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的形貌为多孔超薄片状穿插结构，说明g-C3N4与MoS2结合牢固。从图2可以得知，存在g-C3N4和MoS2的特征衍射峰，因此本实施例制备得到了g-C3N4和MoS2的复合结构。图3是本实施例所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的透射图，从图中可以看出该材料为超薄片状结构，厚度仅为3～5纳米。图4是本实施例所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的高分辨透射电镜图，可以清晰地观察到MoS2层间距的晶格条纹，且g-C3N4和MoS2非常紧密的结合在一起，进一步说明了g-C3N4与MoS2异质结界面结合牢固。图5是本实施例所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂在77K下N2的吸附和脱附曲线图，从图中可以得知该复合材料的比表面为96.5m2/g，具有较大的比表面积。图6是本实施例所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的孔径分布图。结果表明，该复合材料属于介孔材料。图7是本实施例所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的紫外-可见漫反射图谱，相比于纯g-C3N4，该材料在可见光和紫外光区吸光能力明显增强，并且带隙值变窄，发生了红移，从而提高了光催化产氢能力。图8是本实施例所得g-C3N4/MoS2复合光催化剂的傅里叶转换红外光谱图，在3166cm-1、1634cm-1、1572cm-1、1418cm-1、1326cm-1、1236cm-1、810cm-1波数完全对应g-C3N4和MoS2的特征峰，没有杂峰出现，也进一步证明了一锅法制备了g-C3N4/MoS2复合结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一锅法制备g‑C3N4/MoS2复合光催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将g‑C3N4的前驱体和钼源混合，并充分研磨，之后真空干燥，得到干燥混合物；2)将步骤1)得到的所述干燥混合物在氮气气氛保护下煅烧，得到g‑C3N4/MoS2复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种一锅法制备g-C3N4/MoS2复合光催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将g-C3N4的前驱体和钼源混合，并充分研磨，之后真空干燥，得到干燥混合物；2)将步骤1)得到的所述干燥混合物在氮气气氛保护下煅烧，得到g-C3N4/MoS2复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的一锅法制备g-C3N4/MoS2复合光催化剂的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述g-C3N4的前驱体包括硫脲和尿素，将所述硫脲先与所述钼源混合并研磨，再加入所述尿素继续充分研磨，之后进行所述真空干燥。3.根据权利要求2所述的一锅法制备g-C3N4/MoS2复合光催化剂的方法，其特征在于，在步骤1)中，将所述硫脲与所述钼源混合并研磨20-50min，加入所述尿素继续充分研磨20-50min，之后进行所述真空干燥。4.根据权利要求1～3任一项所述的一锅法制备g-C3N4/MoS2复合光催化剂的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述钼源包括钼酸铵、钼酸钠和硫代钼酸铵中的一种或多种。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈洁，张淑敏，张世英，陈亮，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43