一种氰基功能化g-C3N4胶体催化剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种氰基功能化g

【技术实现步骤摘要】
一种氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，尤其涉及一种氰基功能化g
‑
C3N4胶体催化剂、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]过氧化氢被认为是一种有望取代氢能的清洁能源，可用于电池发电，并且其水溶液的能量密度与压缩的氢气相当，且储存与运输比压缩氢气更为安全。此外，过氧化氢作为一种高效绿色的氧化剂，被广泛地用于化学工业和环境修复当中，如纸浆和纸张的漂白、电子工业、消毒和水处理等。
[0003]目前，商业生产过氧化氢大多采用蒽醌法。虽然效率高，但蒽醌法生产过氧化氢成本高、过程复杂且会伴随大量有毒副产物，这些缺点限制了该方法的广泛应用。尽管电催化氧化还原及贵金属催化氢气和氧气的反应在合成过氧化氢过程中不产生有毒副产物，但这两种方法能耗高，且可能会有爆炸的危险。因此，亟需开发一种简单安全的方法用于合成过氧化氢。
[0004]人工光合作用可通过光化学反应将太阳能转化为化学能。在太阳能的驱动下，光催化剂产生的光生电子还原氧气生成超氧自由基；产生的空穴氧化水生成氢离子和氧气，其中氢离子与超氧自由基结合生成过氧化氢。与传统方法相比，光催化合成过氧化氢具有能耗低、环境友好等优势。g
‑
C3N4因为其出色的可见光响应、可还原性和化学稳定性，引起了科学家们的研究兴趣。但由于强氢键和范德华力作用，g
‑
C3N4在水溶液中分散性较差，易聚沉，导致其在反应过程中暴露的活性位点减少，进而表现出较低的催化活性。虽然通过超声、加热和强酸等方式可破坏g
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C3N4中强的氢键和范德华力作用，从而提高g
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C3N4在溶液中的分散性，但这些方法不可避免地耗损大量的g
‑
C3N4催化剂。此外，g
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C3N4催化剂还存在光生电子和空穴对复合率高、量子效率低的缺陷。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种分散性好、催化活性高的氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂、其制备方法及应用。
[0006]本专利技术提供了一种氰基功能化g
‑
C3N4胶体催化剂的制备方法，包括：
[0007]将g
‑
C3N4与硫氰化物混合，煅烧，得到氰基功能化g
‑
C3N4胶体催化剂。
[0008]优选的，所述g
‑
C3N4按照以下方法制备：
[0009]将富氮前驱体进行煅烧，得到g
‑
C3N4。
[0010]优选的，所述富氮前驱体选自尿素、三聚氰胺与双氰胺中的一种或多种；所述富氮前驱体的煅烧温度为500℃～600℃；时间为3～5h；升温速率为1～5℃/min。
[0011]优选的，所述硫氰化物选自硫氰化钾；所述g
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C3N4与硫氰化物的质量比为1：(1～5)。
[0012]优选的，所述g
‑
C3N4与硫氰化物的质量比为1：(1～2)。
[0013]优选的，所述煅烧的温度为400℃～500℃；时间为3～5h；升温速率为1～5℃/min。
[0014]本专利技术还提供了上述制备方法所制备的氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂。
[0015]本专利技术还提供了上述制备方法所制备的氰基功能化g
‑
C3N4胶体催化剂在光催化制备过氧化氢中的应用。
[0016]本专利技术还提供了一种过氧化氢的制备方法，包括：
[0017]将上述制备方法所制备的氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂加入至乙醇水溶液中，在光照的条件下进行光催化反应，得到过氧化氢。
[0018]优选的，所述氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂与乙醇水溶液的比例为1mg：(0.5～5)mL；所述乙醇水溶液中乙醇的体积浓度为5％～20％。
[0019]本专利技术提供了一种氰基功能化g
‑
C3N4胶体催化剂的制备方法，包括：将g
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C3N4与硫氰化物混合，煅烧，得到氰基功能化g
‑
C3N4胶体催化剂。与现有技术相比，本专利技术通过高温反应在g
‑
C3N4表面嫁接了氰基，制备方法简单，带负电的氰基可与水形成氢键，从而在g
‑
C3N4表面形成一层包裹状的水化层，有效避免了催化剂之间的直接接触及聚沉，改善催化剂在溶液中的分散性，进而促进更多活性位点的暴露，提高了光催化产过程化氢的能力；同时氰基也抑制了电子与空穴对的复合，提高了催化剂的量子效率，促进了光催化产过氧化氢；并且，氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂可通过添加强电解质破坏表面水化层，诱导其发生聚沉，实现催化剂的回收。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中制备的未改性g
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C3N4催化剂和实施例1中改性的g
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C3N4‑
C≡N催化剂分散性对比图；
[0021]图2为本专利技术实施例1中制备的未改性g
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C3N4催化剂和实施例1中改性的g
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C3N4‑
C≡N催化剂的红外光谱图；
[0022]图3为本专利技术实施例1中制备的未改性g
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C3N4催化剂和实施例1中改性的g
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C3N4‑
C≡N催化剂的X
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射线衍射图谱；
[0023]图4为本专利技术实施例1中制备的未改性g
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C3N4催化剂和实施例1中改性的g
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C3N4‑
C≡N催化剂的光响应电流图谱；
[0024]图5为本专利技术实施例1中制备的未改性g
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C3N4催化剂和实施例1中改性的g
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C3N4‑
C≡N催化剂的光致发光光谱图；
[0025]图6为本专利技术实施例1中制备的未改性g
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C3N4催化剂和实施例1中改性的g
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C3N4‑
C≡N催化剂在光照1h条件下过氧化氢产量比较图；
[0026]图7为本专利技术实施例1中制备的未改性g
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C3N4催化剂和实施例1中改性的g
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C3N4‑
C≡N催化剂循环4次过氧化氢产量的比较图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术提供了一种氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂的制备方法，包括：将g
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将g
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C3N4与硫氰化物混合，煅烧，得到氰基功能化g
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C3N4胶体催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述g
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C3N4按照以下方法制备：将富氮前驱体进行煅烧，得到g
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C3N4。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述富氮前驱体选自尿素、三聚氰胺与双氰胺中的一种或多种；所述富氮前驱体的煅烧温度为500℃～600℃；时间为3～5h；升温速率为1～5℃/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫氰化物选自硫氰化钾；所述g
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C3N4与硫氰化物的质量比为1：(1～5)。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述g
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C...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洁洁，崔超，俞汉青，刘练练，闵媛，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：