一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料和其制备方法，以及其作为光催化剂的应用。本发明专利技术涉及新能源功能材料技术领域。制备方法包括：制备石墨相氮化碳纳米片和钒酸镧纳米片；将钒酸镧纳米片与石墨相氮化碳混合研磨后煅烧，得到钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料。本发明专利技术还公开了钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料在光催化分解水制备氢气新能源协同生产糠醛的应用。本发明专利技术制备的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料合成步骤简单，具有优异的可见光响应性、高载流子迁移率和高比表面积，因此，该复合材料对可见光有很强的吸收能力，光催化产氢效率高，并且可有效利用光生空穴，将生物质材料糠醇氧化为高附加值产物糠醛，具有广泛应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源功能材料
，具体涉及一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料光催化剂的制备方法，及其在光催化分解水制备氢气新能源协同生产糠醛化学品中的应用。

技术介绍

[0002]一方面，随着人们生活水平的提高，对于能源的需求也日益增长，但世界水平能源消耗主要集中在煤、石油、天然气等化石燃料上，化石燃料不可再生且污染性强；另一方面，由于过度开采及开发，全球化石燃料即将枯竭，迫切需要建设有效的催化系统，以实现清洁和可持续的能源技术。
[0003]光催化由于以太阳光为光源，清洁环保，高效经济且可循环利用等优点，成为了研究热点。光催化产氢材料具有很多，包括石墨相氮化碳(g
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C3N4)、铋系(BiOBr、Bi2WO3等)、二氧化钛(TiO2)、钒酸盐类(BiVO4、LaVO4)等。其中，石墨相氮化碳由于其良好的催化活性，廉价无毒且资源丰富并易制备等优点引起了广泛关注，但石墨相氮化碳材料自身具有较多的缺点，如对可见光的吸收范围较窄且吸收强度较弱、光生电子和空穴复合速率较快、载流子迁移率较低等，大大限制了其在可见光作用下催化分解水等能力。为此，构建基于石墨相氮化碳的异质结已被证明是一种有效的策略，因为它可以在空间上精确调节氧化还原活性位点，实现氧化和还原半反应的可控操作。最近，具有高结晶度的二维钒酸镧(LaVO4)纳米薄片被证明是一种有吸引力的半导体，可通过光生电荷的定向转移来调节还原和氧化位点，这是光催化析氢的潜在候选者。
[0004]目前，光催化分解水制备氢气通常需要添加空穴清除剂以提高氢气析出效率，该方法不仅价格昂贵、资源浪费，而且不符合绿色环保理念。针对该问题，将空穴清除剂转化为有价值的化学品是一种行之有效的办法，借助分解水的氧化半反应将空穴牺牲剂转化成高附加值化学品。此外，利用含量丰富、廉价易得的生物质材料作为氧化半反应原材料，对于工业生产及清洁新能源制备意义重大。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料光催化剂，用于光催化分解水制备氢气新能源协同生产糠醛化学品。该复合材料由于优异的可见光的响应性、载流子迁移率高，使其对可见光有较强的吸收能力，催化分解水产氢的效率高，同时光生空穴将生物质材料糠醇氧化成为高附加值糠醛，解决了氧化半反应资源浪费的问题。
[0006]本专利技术提供了一种钒酸镧/石墨相氮化碳纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)分别制备石墨相氮化碳纳米片和钒酸镧纳米片；
[0008](2)将所述石墨相氮化碳纳米片和钒酸镧纳米片按一定比例研磨混合后再次煅烧
合成钒酸镧/石墨相氮化碳纳米复合材料。
[0009]优选地，制备所述石墨相氮化碳纳米片的前驱体选自单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、尿素和硫脲中的一种或多种。
[0010]进一步地，将所述前驱体在200～550℃下煅烧2～5h得到所述石墨相氮化碳纳米片。
[0011]进一步地，制备所述钒酸镧纳米片的具体步骤如下：
[0012]1)将偏钒酸铵溶解于碱性溶液后加入油酸和有机溶剂，再加入硝酸镧水溶液，充分混合形成前驱体；
[0013]2)将所述前驱体在140～150℃下反应8～9h，得到所述钒酸镧纳米片。
[0014]优选地，所述有机溶剂选自乙醇、甲醇和环己烷中一种或多种。
[0015]优选地，所述碱性溶液为NaOH水溶液。
[0016]具体的，钒酸镧纳米片的制备方法如下：
[0017]1)将0.5～1.5g的NaOH溶解于3～10mL水后，加入0.01～0.08g偏钒酸铵，再将其溶解在烧杯中，然后在烧杯中依次加入5～30mL的油酸和5～30mL乙醇，最后加入1～5mL的六水合硝酸镧水溶液，充分混合形成前驱体；
[0018]2)将前驱体放入反应釜中，后将反应釜放入烘箱中，100～300℃，水热时间为5～10h。水热法结束后，用环己烷和乙醇各清洗三次，在50～70℃下真空烘干，得到所述钒酸镧纳米片。
[0019]优选地，步骤(2)中，所述石墨相氮化碳纳米片与钒酸镧纳米片的质量比为75～95:5～25。
[0020]优选地，步骤(2)中，所述惰性气体为氩气和/或氮气。
[0021]优选地，步骤(2)中，所述煅烧的条件为200～500℃煅烧1～5h。
[0022]本专利技术另一方面提供了由上述制备方法制得的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料。该方法将钒酸镧纳米片成功地修饰到石墨相氮化碳的表面，形成了完美的异质结结构，对于提高光催化产氢的效率起到至关重要的作用。
[0023]本专利技术以双氰胺为原料，在氧气环境下煅烧两次制备出石墨相氮化碳纳米片，再利用水热法制备钒酸镧纳米片，最后利用煅烧法将较小的钒酸镧纳米片在分子间范德华力的作用下修饰到石墨相氮化碳表面，构成完美的异质结构。钒酸镧的引入，使得该复合材料对可见光的吸收能力增强，且该复合材料具有合适的带隙和很好的导电性，使其光生电子和光生空穴的复合速率降低，大大提高了石墨相氮化碳的光催化性能。
[0024]本专利技术还提供了上述钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料在光催化分解水产生氢气的应用，同时能够以糠醇作为空穴清除剂生产糠醛。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]1.本专利技术的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料的制备方法简单，原料易得，而且操作简便，对工业化应用十分关键；
[0027]2.本专利技术中，钒酸镧的引入可以大幅度提高电子传输效率，且能够改善石墨相氮化碳对可见光的吸收及利用率，进而提高光催化产分解水产氢效率；
[0028]3.本专利技术的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料，是一种性能优良的光催化剂，其光催化分解水产氢的效率高，且稳定性好，有利于光催化剂的回收和重复利用，可应用于光催化
生产清洁能源中；
[0029]4.本专利技术的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料在进行光催化裂解水产氢的同时，在氧化半反应中将传统的空穴清除剂替换为糠醇，光生空穴将糠醇氧化成糠醛，可应用在医学和工业化生产中。
附图说明
[0030]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中：
[0031]图1为石墨相氮化碳的扫描电镜图(SEM)；
[0032]图2为石墨相氮化碳的透射电镜图(TEM)；
[0033]图3为钒酸镧的透射电镜图；
[0034]图4为钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料的扫描电镜图；
[0035]图5为钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料的透射电镜图；
[0036]图6为光催化分解水制备氢气效果图；
[0037]图7为生产糠醛化学品效果图；
[0038]图8为光催化分解水制备氢气的循环效果图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别制备石墨相氮化碳纳米片和钒酸镧纳米片；(2)将所述石墨相氮化碳纳米片和所述钒酸镧纳米片混合研磨，在惰性气体氛围下煅烧，得到所述钒酸镧/石墨相氮化碳纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述石墨相氮化碳纳米片的前驱体选自单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、尿素和硫脲中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，将所述前驱体在200～550℃下煅烧2～5h，得到所述石墨相氮化碳纳米片。4.根据权利要求1所述的钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述钒酸镧纳米片的步骤如下：1)将偏钒酸铵溶解于碱性溶液后加入油酸和有机溶剂，再加入硝酸镧水溶液，充分混合形成前驱体；2)将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊蝶，李雪，李长明，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：