可见光响应的管状g-C制造技术

本发明专利技术公开了可见光响应的管状g‑C

Tubular G-C with visible light response

【技术实现步骤摘要】
可见光响应的管状g-C3N4的制备方法
本专利技术属于光催化半导体材料制备
，具体涉及可见光响应的管状g-C3N4的制备方法。
技术介绍
氢能源的确是目前最清洁的燃料，与废电池和石油和煤矿等能源排放污染相比，氢燃料排放的是二氧化碳与水，并不存在环境污染问题；并且氢能燃烧的动能比汽油燃烧要高出三倍。而现在氢能源应用停滞不前主要还是受限于其产出，现在急需新的可用的制氢方法。当前主要的制氢方式是化石资源重整制氢和电解水制氢，其缺点在于需要消耗自然界有限的化石资源且造成环境污染或消耗额外的电能。而太阳能光催化分解水制氢方式，由于利用的是丰富的太阳能和水资源且不产生二次污染，被认为是最理想的制氢途径，因而受到世界各国的广泛重视。g-C3N4作为光催化材料利用太阳能裂解水制取氢气，是当前光催化能源领域的研究热点。目前最常用的制备g-C3N4的方法主要是热缩聚C、N元素单体，如氰胺、双氰胺、尿素和硫脲等。然而，由于较宽的带隙(2.7eV)，和较大的块状形貌所导致的小比表面积及较慢的电荷传输能力，g-C3N4的光催化应用也因此受到较大的限制。为了提高g-C3N4的光催化活性，将g-C3N4与其他金属半导体光催化剂进行复合形成异质结复合光催化剂，提高其光生电子与空穴分离效率，是现在研究者最常采用的方法。但是，由于要将两种催化剂复合，不仅实验过程繁琐、耗时，并且由于引入的金属半导体材料而增加成本。光催化剂的纳米结构与其物理化学性质以及光催化性能存在非常紧密的联系。当半导体材料的尺度缩小到纳米范围时，将呈现出独特的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应，而这些效应的协同作用将显著提高纳米材料的光催化性能。纳米线、纳米棒、纳米管等一维纳米材料因其新颖的光学、电学、磁学、力学等性能，在纳米器件及光催化等诸多领域展示出潜在的应用前景。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供可见光响应的管状g-C3N4的制备方法，通过高温煅烧合成管状的g-C3N4。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：可见光响应的管状g-C3N4的制备方法，包括如下步骤：1)将三聚氰胺和三聚氰酸以质量比为1:0.01-1的比例混合溶解于超纯水中，磁力搅拌，形成均匀的混合溶液；2)然后，将上述溶液转移到不锈钢高压釜中反应，得到合成产品的前驱体；3)用超纯水洗涤所得前驱体后干燥；4)然后将干燥后的前驱体在氮气中煅烧后得到可见光响应的管状g-C3N4。进一步的，步骤1)中，所述的磁力搅拌的时间为30-90分钟。进一步的，步骤2)中，在所述的不锈钢高压釜中反应条件为在160-200℃下加热12-24小时。进一步的，步骤3)中，所述的前驱体的干燥条件为在50-100℃下干燥8-12小时。进一步的，步骤4)中，所述的煅烧条件为以2-5℃min-1的升温速率在550℃中保持3-8小时。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的可见光响应的管状g-C3N4的制备方法，工艺非常简单，价廉易得，成本低廉，反应时间较短，从而减少了能耗和反应成本，便于批量生产，无毒无害，符合环境友好要求，因此，本专利通过高温煅烧制备了一维管状的g-C3N4，不仅显著缩短其带隙宽度，提升了其可见光响应，并且还通过管脱离的方式增强其电荷传输能力；本专利技术的可见光响应的管状g-C3N4的在光催化领域的应用，包括降解，产氢，固氮，抗菌等。附图说明图1为所制备样品的X-射线衍射图(XRD)；图2为所制备样品的扫描电子显微镜图(SEM)；图3为所制备样品在可见光下产氢的效果对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。可见光响应的管状g-C3N4的制备方法，包括以下步骤：1)将三聚氰胺和三聚氰酸以质量比为1:0.01-1的比例混合溶解于超纯水中，磁力搅拌30-90分钟，形成均匀的混合溶液；2)然后，将上述溶液转移到不锈钢高压釜中，在160-200℃下加热12-24小时，得到合成产品的前驱体；3)用超纯水洗涤所得前驱体三次，在50-100℃下干燥8-12小时；4)然后将干燥后的前驱体在氮气中煅烧；以2-5℃min-1的升温速率在550℃中保持3-8小时，最后得到管状g-C3N4光催化剂。另外，制备块状g-C3N4光催化剂作为对照：首先，将1-10g的三聚氰胺放入有盖子的氧化铝坩埚中，并在马弗炉中550℃下以2-5℃min-1的加热速率煅烧3-8小时，得到块状g-C3N4光催化剂；可见光响应的管状g-C3N4在可见光下产氢的应用，具体方法如下：将0.01-0.1g光催化剂均匀分散于100ml20vol％三乙醇胺水溶液中，添加三乙醇胺的目的是作为牺牲剂其中含有一定量的H2PtCl6·6H2O(Pt，3wt％)作为助催化剂，并通过磁力搅拌维持溶液的悬浮状态。在反复抽真空、除去反应器和溶液中的空气后，开启氙灯光源进行光催化反应，入射光的波长通过截止型滤光片进行控制，整个反应过程中通过流动冷却水使反应器保持在18℃。每隔1小时取样，用气相色谱在线分析反应产物。制备完成的管状g-C3N4光催化剂在可见光下具有较强的光催化产氢性能，这是由于其增强的可见光响应和更快的电荷传输能力。因此我们可以类推，这种管状的光催化剂还可应用于降解、固氮、抗菌等其他常见的光催化剂应用领域。本专利技术中块状g-C3N4和管状g-C3N4光催化剂将由X射线衍射(XRD)确定，如图1，XRD中的g-C3N4在2θ＝13.2°和27.6°处出现了两个明显的衍射峰。并且没有其它杂峰，因此XRD图谱表明管状g-C3N4制备成功。g-C3N4的形貌组成由透射电镜(SEM)确定，如图2(a、b，c，d)所示，g-C3N4由块状(a)，向四方双层管状(b)、六方双层管状(c)、六方单层管状(d)逐渐转变。实施例1：1)制备块状g-C3N4光催化剂。首先，将3g三聚氰胺放入有盖子的氧化铝坩埚中，并在马弗炉中550℃下以2.3℃min-1的加热速率煅烧4小时。2)制备管状g-C3N4光催化剂将1g三聚氰胺和不同量的三聚氰酸(0.05，0.1，0.2，0.3)溶解于60ml去离子水中，磁力搅拌60分钟，形成均质；然后，将上述混合溶液转移到100ml特氟隆不锈钢高压釜中，在180℃下加热24小时；之后，用超纯水洗涤所得中间样品三次，在80℃下干燥12小时。所得中间样品在氮气中煅烧；以2.3℃min-1的速率在550℃中保持4小时。3)光催化剂可见光产氢将0.05g样品均匀分散于100ml20vol％三乙醇胺水溶液中，其中含有一定量的H2PtCl6·6H2O(Pt，3wt％)作为助催化剂，并通过磁力搅拌维持溶液的悬浮状态。在反复抽真空、除去反应器和溶液中的空气后，开启氙灯光源进行光催化反应，入射光的波长通过截止型滤光片进行控制，整个反应过程中通过流动冷却水使反应器保持在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可见光响应的管状g-C

【技术特征摘要】
1.可见光响应的管状g-C3N4的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将三聚氰胺和三聚氰酸以质量比为1:0.01-1的比例混合溶解于超纯水中，磁力搅拌，形成均匀的混合溶液；
2)然后，将上述溶液转移到不锈钢高压釜中反应，得到合成产品的前驱体；
3)用超纯水洗涤所得前驱体后干燥；
4)然后将干燥后的前驱体在氮气中煅烧后得到可见光响应的管状g-C3N4。


2.根据权利要求1所述的可见光响应的管状g-C3N4的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的磁力搅拌的时间为30-90分钟。

【专利技术属性】
技术研发人员：江润仁，陆光华，周超，包旭辉，徐鑫磊，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32