一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米材料合成领域，具体涉及一种介孔CoCO3/g

【技术实现步骤摘要】
一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米材料合成领域，具体涉及一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]能源短缺和环境污染问题日趋严重，开发清洁高效的可再生能源尤为关键。太阳能是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，在开发利用方面存在极大前景。比如利用光催化剂捕获太阳光来裂解水产氢，从能源角度和可持续发展角度都是一个很有前途的策略。然而，对光催化剂材料的设计、制备等仍需不断提升和发展。
[0003]近年来氮化碳材料由于自身具有良好的光化学性能和表面吸附特性，已成为光催化界研究的热点。g-C3N4作为一种非金属聚合半导体材料，不仅具有较高的化学稳定性、热稳定性、环境友好性的特点，而且还具有耐酸、碱、光腐蚀以及环保的优势，同时自身具有较窄带隙值(2.7ev)，能够接受可见光响应，是作为光催化产氢领域研究的重点之一。但是单体g-C3N4的光催化活性较弱，因为它的载流子复合率较高、团聚严重，且在较长的波长上吸光能力不强，对可见光利用率不足，限制了其作为光催化剂在能源环境等方面的应用。碳酸钴作为无机盐，一种紫红色六面体颗粒，合成步骤简单方便，具有一定的带隙，化学性质相对稳定。能否利用碳酸钴对g-C3N4进行表面负载，提升光生载流子的利用效率，改善光催化活性，提升光催化产氢性能，目前而言还是需要科研人员进一步的探索。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。/>[0005]本专利技术的目的在于提供一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料及其制备方法与应用。本专利技术中所述的介孔CoCO3/g-C3N4复合材料可用于可见光催化产氢。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料，所述的复合材料为3D/2D。
[0007]本专利技术提供了一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将六水合硝酸钴溶解在丙三醇水溶液中，加入尿素搅拌溶解；放入反应釜内水热反应，待自然冷却至室温后分别用去离子水和乙醇洗涤，烘箱中烘干得到CoCO3前驱体；（2）将g-C3N4溶解在乙醇溶液中超声分散后加入步骤（1）得到的CoCO3前驱体，搅拌后置于烘箱中干燥，将固体产物平铺于瓷舟中用锡纸包裹严实，放入马弗炉中加热煅烧，待自然冷却至室温后用离子水和乙醇洗涤，烘干得到介孔CoCO3/g-C3N4复合材料。
[0008]进一步的，步骤（1）中六水合硝酸钴、丙三醇水溶液、尿素的用量比为0.5818 g：20ml：0.5~2 g；所述丙三醇水溶液的浓度为20~30%。
[0009]步骤（1）中所述水热反应的温度为160~190℃ ，时间为20~26h。
[0010]步骤（2）中所述g-C3N4与乙醇溶液的用量比为0.1 g：10 ~20 ml；所述的超声分散
时间为1 ~1.5h。
[0011]步骤（2）中g-C3N4与CoCO3前驱体的质量比为1 g ：0.01 ~0.7g。
[0012]步骤（2）中所述干燥的温度为70 ~90℃，时间为10~14h。
[0013]步骤（2）中所述煅烧为以2~2.5 ℃ min-1
的升温速率从室温加热到300~400 ℃后保温1~2 h。
[0014]优选地，步骤（2）中所述g-C3N4为超薄2D型g-C3N4，所述g-C3N4的制备方法为将尿素放在80 ℃烘箱中干燥24 h，研磨均匀装入坩埚加上盖子，在马弗炉中以2.5 ℃ min-1
的升温速率，从室温加热至550 ℃，保温4 h；在1 mol L-1
硝酸中搅拌12 h，抽滤后再用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中干燥24 h；研磨均匀细致，使其平铺于方形瓷舟中，用锡纸包裹，在马弗炉中以5 ℃ min-1
的升温速率，从室温加热到500 ℃保温4 h，获得g-C3N4。
[0015]本专利技术还提供了上述介孔CoCO3/g-C3N4复合材料在可见光下光催化产氢的用途。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用一步水热的方法在CoCO3六面体纳米材料的表面修饰g-C3N4构建3D/2D型结构的介孔CoCO3/g-C3N4复合材料，介孔CoCO3六面体纳米材料对g-C3N4的修饰明显提高了复合材料光生载流子的分离效应，使得复合材料的捕光能力得到明显增强，降低了单体g-C3N4的带隙宽度，在可见光条件下表现出优异的光催化产氢性能；本专利技术采用CoCO
3 3D材料对单体g-C3N4进行表面修饰，制作工艺简单、可控性强、便于批量生产、减少能耗且材料易得成本低、无污染，符合环境友好的要求。为能源可持续发展开辟新的途径。
[0017]本专利技术通过原位生长的方法构建CoCO3负载量为3 wt%的介孔型CoCO3/g-C3N4复合材料的光催化产氢性能为35.867 umol h-1
，为单体g-C3N
4 (13.227 umol h-1
)的2.7倍。介孔型CoCO3六面体3D纳米材料对g-C3N
4 2D表面修饰后明显提高对光生电子的捕获能力，极大地抑制了光生电子-空穴对的复合，最终显著提高了光催化产氢性能。
附图说明
[0018]图1是实施例1制备的介孔CoCO3/g-C3N4复合材料与g-C3N4、CoCO3单体催化剂的XRD谱对比图；图2 实施例1制备的介孔CoCO3/g-C3N4复合材料与g-C3N4、CoCO3单体催化剂的SEM图；图3是g-C3N4、CoCO3和CoCO3负载量为3 wt%的介孔CoCO3/g-C3N4复合材料N2吸附-脱附等温线；图4是g-C3N4、CoCO3和CoCO3负载量为3 wt%的介孔CoCO3/g-C3N4复合材料的BJH孔径分布图；图5是g-C3N4、CoCO3和CoCO3负载量为3 wt%的介孔CoCO3/g-C3N4复合材料的瞬时光电流测试；图6是CoCO3不同负载比例下的光催化产氢性能图；图7是CoCO3负载量为3 wt%的介孔CoCO3/g-C3N4的光催化稳定性测试；图8是CoCO3负载量为3 wt%的介孔CoCO3/g-C3N4的循环前后的XRD图谱。
具体实施方式
[0019]通过下面的实施例可以对本专利技术进行进一步的描述，然而，本专利技术的范围并不限
于下述实施例。本专利技术对试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照厂商所建议的条件实施检测。
[0020]实施例1：CoCO3/g-C3N4复合材料的制备（1）称取尿素，在80 ℃烘箱中干燥24 h，研磨均匀装入坩埚加上盖子，在马弗炉中以2.5 ℃ min-1
的升温速率，从室温加热至550 ℃，保温4 h；在1 mol L-1
硝酸中搅拌12 h，进行抽滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料，其特征在于，所述复合材料为在CoCO3六面体纳米材料的表面修饰g-C3N4构建3D/2D型结构。2.一种介孔CoCO3/g-C3N4复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将六水合硝酸钴溶解在丙三醇水溶液中，加入尿素搅拌溶解；放入反应釜内水热反应，待自然冷却至室温后分别用去离子水和乙醇洗涤，烘箱中烘干得到CoCO3前驱体；（2）将g-C3N4溶解在乙醇溶液中超声分散后加入步骤（1）得到的CoCO3前驱体，搅拌后置于烘箱中干燥，将固体产物平铺于瓷舟中用锡纸包裹严实，放入马弗炉中加热煅烧，待自然冷却至室温后用离子水和乙醇洗涤，烘干得到介孔CoCO3/g-C3N4复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中六水合硝酸钴、丙三醇水溶液、尿素的用量比为0.5818 g：20ml：0.5~2 g；所述丙三醇水溶液的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：董红军，肖梦雅，李春梅，宋宁，洪士欢，左延，朱达强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：