一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法技术

本发明专利技术属于纳米能源材料技术领域，具体涉及一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法。本发明专利技术包括以下步骤：(1)将胺类原料和溶剂加热，得到第一产物；(2)将第一产物在惰性气体保护下，升温，加热，得到p型CN光催化剂；(3)将胺类原料混合卤素铵盐与溶剂加热，得到第二产物；(4)将第二产物在惰性气体保护氛围，升温，加热，得到n型CN光催化剂；(5)将p型CN光催化剂和研磨混合，再置于瓷舟内放入管式炉中，惰性气体保护氛围，升温，淬火，得到本发明专利技术的光催化剂。本发明专利技术利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂，原材料环保，具有对环境无毒、所需条件低、产量高的特点，不需要昂贵的仪器设备。

A new method of preparation of carbon nitrogen non-metallic photocatalyst based on P / n junction principle

【技术实现步骤摘要】
一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法
本专利技术属于纳米能源材料制备
，具体涉及一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法。
技术介绍
二维(2D)石墨烯类碳氮光催化剂(g～CxNy)由于其良好的可见光响应性，近年来受到了广泛的研究关注，其具有比表面积较大、无毒、价格低廉等优点。但是，在过去几十年来在非金属和全解水领域，CN光催化剂的效果几乎没有什么重大突破。本专利技术人在对本专利技术进行研究之前，检索了了大量的专利文献和期刊文献。检索结果表明所有CN光催化剂均为n型结构，这是由于它们的碳和氮比例不同造成的(D.J.Martin,K.Qiu,S.A.Shevlin,A.D.Handoko,X.Chen,Z.GuoandJ.Tang,Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,9240；b)X.H.Li,J.S.Zhang,X.F.Chen,A.Fischer,A.Thomas,M.Antonietti,andX.C.Wang,Chem.Mater.2011,23,4344；c)G.G.Liu,T.Wang,H.B.Zhang,X.G.Meng,D.Hao,K.Chang,P.Li,T.KakoandJ.H.Ye,Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,13561.)。一般来说，大多数研究人员使用p型金属基材料和n型CN来复合得到光催化剂，这个思路来自于硅基太阳能电池的pn结原理。这种结构可以大大提高光催化剂的效率。例如，ZnO/g～C3N4复合材料与纯g～C3N4相比，光催化剂具有良好的光催化活性(J.X.Sun,Y.P.Yuan,L.G.Qiu,X.Jiang,A.J.Xie,Y.H.Shen,J.F.Zhu,DaltonTrans.2012,41,6756)。但是，上述的复合光催化剂已经不属于非金属光催化剂，而且很多金属基材料都是贵和有毒的。因此，针对上述的缺陷，需要设计一种p型非金属CN光催化剂，然后与普通的n型非金属CN光催化剂复合，专利技术一种新型的具有pn结的非金属p～CN/n～CN光催化剂结构。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种对环境无毒、所需条件低、产量高且不需要昂贵的仪器设备的利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法；本专利技术利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的：一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法，包括以下步骤：(1)将胺类原料和溶剂置于容器中，加热，得到第一产物；(2)将第一产物置于瓷舟再进入管式炉中，惰性气体保护氛围下，升温，加热，得到p型CN光催化剂；(3)将胺类原料混合卤素铵盐与溶剂放入容器中，加热，得到第二产物；(4)将第二产物置于瓷舟内再放入管式炉中，惰性气体保护氛围，升温，加热，得到n型CN光催化剂；(5)将p型CN光催化剂和研磨混合，再置于瓷舟内放入管式炉中，惰性气体保护氛围，升温，淬火，得到具有pn结的非金属p～CN/n～CN光催化剂。优选的，上述的方法包括：(1)将胺类原料和溶剂置于容器中，于100～180℃下加热6～24h，得到第一产物；胺类原料与溶剂的重量体积比为(1～10)g：(15～25)ml；(2)将(1)中获得的第一产物置于瓷舟再进入管式炉中，惰性气体保护氛围下，以1～6℃/min的升温速率升温到500～650℃，加热1～4h，得到p型CN光催化剂；(3)将胺类原料混合卤素铵盐与溶剂放入容器中，100～180℃下加热1～6h，得到第二产物；胺类原料与溶剂的重量体积比为：(1～10)g：(15～25)ml；(1)、(3)中，所述溶剂为去离子水或有机溶剂中的至少一种；(4)将第二产物置于瓷舟内再放入管式炉中，惰性气体保护氛围，以1～6℃/min的升温速率升温到500～650℃，加热1～4h，得到n型CN光催化剂；(5)将(2)中获得的p型CN光催化剂和(4)中获得的n型CN光催化剂按照质量比1:1研磨混合，再置于瓷舟内放入管式炉中，惰性气体保护氛围，以1～6℃/min的升温速率升温到500～650℃，淬火0.5～1h，得到具有pn结的非金属p～CN/n～CN光催化剂。(1)、(3)所述胺类原料是三聚氰胺，尿素，聚乙二胺中的至少一种。(1)、(3)中，所述溶剂为去离子水、乙醇，四氢呋喃中的至少一种。(3)中，卤素铵盐为溶剂为氟化铵，氯化铵，碘化铵中的至少一种。惰性气体为氩气、氮气中的至少一种。将上述产物加入光催化性能测试仪，测试光催化性能，其性能如下：制氢产量为17028.82μmolh-1g-1，在水中不添加任何牺牲剂和贵金属的情况下实现了全解水结果，平均产氢量和平均产氧量分别为270.9μmolh-1g-1和115.21μmolh-1g-1。与
技术介绍
中所提到的现有方案相比，本专利技术中的实验结果表明，本专利技术所提供的这种新的非金属pn结的非金属p～CN/n～CN光催化剂具有良好的光催化效果，其制氢产量为17028.82μmolh-1g-1，比相同的实验条件下的其它纯CN光催化剂的催化性能要好得多。更重要的是，在水中不添加任何牺牲剂和贵金属的情况下实现了全解水的结果，平均产氢量和平均产氧量分别为270.9μmolh-1g-1和115.21μmolh-1g-1。因此，具有p～n结构的新型CN光催化剂具有广阔的应用前景的应用前景。本专利技术的有益效果在于，利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂，仪器设备简单，原材料环保，具有对环境无毒、所需条件低、产量高的特点，不需要昂贵的仪器设备。附图说明图1是本专利技术制备的二维碳氮光催化材料的扫描电镜照片。其中a为p型半导体光催化剂，b为n型，c为p-n结异质结构CN光催化剂，d为普通碳氮光催化剂；图2是本专利技术制备的二维碳氮光催化材料在水中的光催化性能。其中a为不同结构的CN光催化剂的产氢量对比，b为不同结构的CN光催化剂的产氢效率对比，c为在300w氙灯下p-n结异质结构CN光催化剂解水制取氢气和氧气的产量，d为p-n结异质结构CN光催化剂解水制取氢气和氧气的效率；图3是本专利技术制备的p-n结异质结构CN光催化剂的产氢气和氧气的机理图；图4为本专利技术的催化剂的制备工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式来对本专利技术作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本专利技术，但并不以此限制本专利技术。实施例1利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法，包括以下步骤：(1)称取5g三聚氰胺材料和15ml去离子水放入容器中，180℃下加热24h，得到第一产物；(2)将第一产物放入瓷舟再进入管式炉中，氩气气体保护氛围，以3℃/min的升温速率升温至550℃，加热1h，得到p型CN光催化剂；(3)将1g三聚氰胺混合氟化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法，包括以下步骤：/n(1)将胺类原料和溶剂置于容器中，加热，得到第一产物；/n(2)将第一产物置于瓷舟再进入管式炉中，惰性气体保护氛围下，升温，加热，得到p型CN光催化剂；/n(3)将胺类原料混合卤素铵盐与溶剂放入容器中，加热，得到第二产物；/n(4)将第二产物置于瓷舟内再放入管式炉中，惰性气体保护氛围，升温，加热，得到n型CN光催化剂；/n(5)将p型CN光催化剂和研磨混合，再置于瓷舟内放入管式炉中，惰性气体保护氛围，升温，淬火，得到具有pn结的非金属p～CN/n～CN光催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法，包括以下步骤：
(1)将胺类原料和溶剂置于容器中，加热，得到第一产物；
(2)将第一产物置于瓷舟再进入管式炉中，惰性气体保护氛围下，升温，加热，得到p型CN光催化剂；
(3)将胺类原料混合卤素铵盐与溶剂放入容器中，加热，得到第二产物；
(4)将第二产物置于瓷舟内再放入管式炉中，惰性气体保护氛围，升温，加热，得到n型CN光催化剂；
(5)将p型CN光催化剂和研磨混合，再置于瓷舟内放入管式炉中，惰性气体保护氛围，升温，淬火，得到具有pn结的非金属p～CN/n～CN光催化剂。


2.如权利要求1所述的一种利用p/n结原理制备新型碳氮非金属光催化剂的方法，包括以下步骤：
(1)将胺类原料和溶剂置于容器中，于100～180℃下加热6～24h，得到第一产物；胺类原料与溶剂的重量体积比为(1～10)g：(15～25)ml；
(2)将(1)中获得的第一产物置于瓷舟再进入管式炉中，惰性气体保护氛围下，以1～6℃/min的升温速率升温到500～650℃，加热1～4h，得到p型CN光催化剂；
(3)将胺类原料混合卤素铵盐与溶剂放入容器中，100～180℃下加热1～6h，得到第二产物；
胺类原料与溶剂的重量体积比为：(1～10)g：(15～25)ml；
(1)、(3)中，所述溶剂为去离子水或有机溶剂中的至少一种；
(4)将第二产物置于瓷舟内再放入管式炉中，惰性气体保护氛围，以1～6℃/min的升温速率升温到500～650...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，徐锡金，邢钰鹏，马文萱，王小珂，郝树华，程艳玲，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37