一种N空位掺杂型g-C制造技术

本发明专利技术涉及光催化技术领域，且公开了一种N空位掺杂型g‑C

【技术实现步骤摘要】
一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂及其制法
本专利技术涉及光催化
，具体为一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂及其制法。
技术介绍
光催化分解水产氢是一种新型高效的氢气制取方法，在热力学上要求光催化半导体材料的价带电位比氧电极电位EO2/H2O正，导带电位比氢电极电位EH+/H2负，当光辐射在半导体材料上时，辐射的能量大于半导体的禁带宽度，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气，实现光催化分解水产氢。目前的光催化产氢材料主要有二氧化钛、二硫化钼、二硫化镉等，其中石墨相氮化碳(g-C3N4)禁带宽度适中，光化学活性良好，并且化学性质稳定、环境友好，是一种广泛研究和应用的光催化产氢材料，但是g-C3N4的导电性能较差，光生电子的传输速率高，光生电子和空穴很容易重组，严重影响了其光催化活性，因此促进g-C3N4光生电子和空穴的分离，抑制载流子的重组，并且提高g-C3N4的比表面积和对光能的利用率，是增强g-C3N4光化学性能和光催化产氢活性的有效途径。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高效的N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂及其制法，解决了传统的g-C3N4的比表面积不高，并且光生电子和空穴容易重组的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂：包括以下原料及组分，N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片、聚乙烯醇、钨酸、过氧化氢、草酸、尿素。优选的，所述N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂制备方法如下：(1)向反应瓶中加入稀盐酸溶液和三聚氰胺，匀速搅拌反应1-4h，将溶液减压蒸馏除去溶剂、洗涤并干燥，得到的三聚氰胺盐酸盐。(2)将三聚氰胺盐酸盐置于蒸馏水溶剂中，加入氯化1-乙基-3-甲基咪唑，搅拌均匀后将溶液减压蒸馏并干燥，固体混合产物置于气氛电阻炉中，在空气氛围中升温至540-560℃，保温煅烧2-4h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片。(3)向反应瓶中加入过氧化氢的水溶液、N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片、聚乙烯醇和钨酸，超声分散均匀后将溶液真空干燥除去溶剂，置于电阻炉中，在空气氛围中升温至540-560℃，保温煅烧2-4h，制备得到WO3晶种负载g-C3N4多孔纳米片。(4)向反应瓶中加入过氧化氢的水溶液和钨酸，在80-90℃匀速搅拌直至溶液澄清，再加入乙腈溶剂、草酸和尿素，加入浓盐酸溶液，在室温下匀速搅拌1-3h，将溶液和WO3晶种负载g-C3N4多孔纳米片转移进水热反应釜中，加热至170-190℃，反应2-4h，将溶液真空干燥，固体混合产物置于气氛电阻炉中，在空气氛围中，500-550℃下保温煅烧2-3h，制备得到述N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂。优选的，所述步骤(1)中控制HCl与三聚氰胺的物质的量比为10-20:1。优选的，所述步骤(2)中的三聚氰胺盐酸盐和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的质量比为100:2-6。优选的，所述步骤(2)中的气氛电阻炉包括气氛室、气氛室两侧固定连接有卡环，卡环活动连接有进气管，进气管活动连接有气体导流管，气体导流管固定连接有气体直流管、气体直流管活动连接有节流阀、节流阀活动连接有调节卡片、气体直流管固定连接有煅烧室。优选的，所述步骤(3)中的过氧化氢、N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片、聚乙烯醇和钨酸的质量比为180-220:100:3-8:8-20。优选的，所述步骤(4)中的总溶液中的盐酸的物质的量浓度为0.15-0.25mol/L，乙腈溶剂和水溶剂的体积比为3-5:1。优选的，所述步骤(4)中的过氧化氢、钨酸、草酸、尿素和WO3晶种负载g-C3N4多孔纳米片的质量比为40-100:10-25:0.5-1.5:0.5-1.5:100。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂，三聚氰胺盐酸盐在煅烧过程中，由于盐酸与三聚氰胺的氨基产生作用，导致少量的氨基在高温缩聚过程中没有形成g-C3N4的三嗪环结构，导致氮元素的流失，产生了大量的氮空位，氮空位可以作为光生电子的捕获陷阱，减少载流子的重组和复合，同时盐酸在高温过程中挥发逸出，在g-C3N4晶体内部和表面形成大量的孔道和裂纹，显著提高了g-C3N4纳米片的比表面积，再以氯化1-乙基-3-甲基咪唑作为掺杂剂，得到N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片，Cl掺杂在g-C3N4的3p电子轨道形成新的杂质能级，减小了g-C3N4的禁带宽度，在协同作用下使N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片表现出优异的光化学活性。该一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂，以N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片作为载体，钨酸在聚乙烯醇介导作用下，在g-C3N4多孔纳米片中生成WO3纳米晶种，采用水热-种子终止法，生成纳米花瓣状WO3修饰g-C3N4多孔纳米片，WO3纳米花和N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片具有超高的比表面积，可以提高催化剂对光能的利用率，同时WO3和Cl掺杂后g-C3N4的能带匹配，形成异质结结构，通过异质结载流子传输机制，促进了光生电子和空穴的分离，具有优异的光催化产氢活性和效率。附图说明图1是气氛室正面示意图；图2是节流阀俯视示意图；图3是调节卡片调节示意图。1-气氛室；2-卡环；3-进气管；4-气体导流管；5-气体直流管；6-节流阀；7-调节卡片；8-煅烧室。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂：包括以下原料及组分，N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片、聚乙烯醇、钨酸、过氧化氢、草酸、尿素。优选的，所述N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂制备方法如下：(1)向反应瓶中加入稀盐酸溶液和三聚氰胺，控制HCl与三聚氰胺的物质的量比为10-20:1，匀速搅拌反应1-4h，将溶液减压蒸馏除去溶剂、洗涤并干燥，得到的三聚氰胺盐酸盐。(2)将三聚氰胺盐酸盐置于蒸馏水溶剂中，加入氯化1-乙基-3-甲基咪唑，两者质量比为100:2-6，搅拌均匀后将溶液减压蒸馏并干燥，固体混合产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括气氛室、气氛室两侧固定连接有卡环，卡环活动连接有进气管，进气管活动连接有气体导流管，气体导流管固定连接有气体直流管、气体直流管活动连接有节流阀、节流阀活动连接有调节卡片、气体直流管固定连接有煅烧室，在空气氛围中升温至540-560℃，保温煅烧2-4h，将煅烧产物研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种N空位掺杂型g-C

【技术特征摘要】
1.一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂，其特征在于：包括以下原料及组分，N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片、聚乙烯醇、钨酸、过氧化氢、草酸、尿素。


2.根据权利要求1所述的一种N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂，其特征在于：所述N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂制备方法如下：
(1)向稀盐酸溶液中加入三聚氰胺，反应1-4h，减压蒸馏除去溶剂、洗涤并干燥，得到的三聚氰胺盐酸盐；
(2)将三聚氰胺盐酸盐置于蒸馏水溶剂中，加入氯化1-乙基-3-甲基咪唑，搅拌均匀后将溶液减压蒸馏并干燥，固体混合产物置于气氛电阻炉中，在空气氛围中升温至540-560℃，保温煅烧2-4h，将煅烧产物研磨成细粉，制备得到N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片；
(3)向过氧化氢的水溶液中加入N空位的Cl掺杂g-C3N4多孔纳米片、聚乙烯醇和钨酸，超声分散均匀后真空干燥除去溶剂，置于电阻炉中，在空气氛围中升温至540-560℃，保温煅烧2-4h，制备得到WO3晶种负载g-C3N4多孔纳米片；
(4)向过氧化氢的水溶液中加入钨酸，在80-90℃搅拌直至溶液澄清，再加入乙腈溶剂、草酸和尿素，加入浓盐酸溶液，在室温下搅拌1-3h，将溶液和WO3晶种负载g-C3N4多孔纳米片转移进水热反应釜中，加热至170-190℃，反应2-4h，将溶液真空干燥，固体混合产物置于气氛电阻炉中，在空气氛围中，500-550℃下保温煅烧2-3h，制备得到述N空位掺杂型g-C3N4-WO3异质结光催化产氢催化剂。


3.根据权利要求2所述的一种N空位掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：訾孟涛，
申请(专利权)人：訾孟涛，
类型：发明
国别省市：河南;41