光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法技术

光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法，其原料为三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸，质量比是4：(1

【技术实现步骤摘要】
光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于光催化产氢
，特别涉及光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)是一种二维层状非金属材料，其能带结构合适，同时具有合成方法简便、热/化学稳定性良好等优点，因此被视为具有广阔应用前景的光催化材料，在分解水产氢、人工光合成、有机污染物降解以及二氧化碳还原等领域具有重要的研究价值。
[0003]目前采用直接热解三聚氰胺等前驱体来合成石墨相氮化碳，三聚氰胺热解得到的石墨相氮化碳具有以下缺点：具有较宽的禁带宽度(～2.7eV)，仅能吸收紫外光和短波长的可见光；形貌呈堆叠聚集的块状，比表面积较小，表面反应活性位点少；其由众多高度对称的七嗪环组成，限制了光生电子
‑
空穴的分离，导致电子的利用率低。以上因素导致直接热解三聚氰胺得到的石墨相氮化碳光催化活性较低，严重制约其在能源和环境光催化领域的应用。因此，需要针对性的改进石墨相碳化氮的合成方法，如利用三聚氰胺与三聚硫氰酸构建超分子前驱体合成石墨相氮化碳，实现制备杂原子掺杂的氮化碳等方法，可以显著提高石墨相氮化碳的光催化产氢性能。
[0004]《Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,1830
‑
1834》在2015年首次利用三聚氰胺和亚磷酸在180℃水热条件下合成了三聚氰胺和三聚氰酸超分子前驱体，之后热解制备了磷元素掺杂的石墨相氮化碳；《Appl.Catal.B:Environ.2018,238,592
–
598》中公布：利用三聚氰胺和三聚硫氰酸在水和乙腈为溶剂中180℃水热构建超分子前驱体，煅烧得到硫掺杂的石墨相氮化碳；《Appl.Cataly.B:Environ.2022,302,120839，Chem.Engin.J.2022,427,131710》中公布：利用三聚氰胺、三聚氰酸和硫脲在180℃水热条件下合成了硫掺杂的超分子前驱体，《Appl.Catal.B:Environ.2022,238,119539》中报道利用硫粉作为硫源，采用两步法合成硫掺杂的石墨相氮化碳纳米片。以上课题组报道的采用超分子前驱体合成石墨相氮化碳及合成硫掺杂的石墨相氮化碳的方法有明显的不足：1合成超分子的过程需要在较高温条件下水热或溶剂热反应条件，较为耗能；2一般需要有机试剂做溶剂，造成对环境的污染；3实现硫的掺杂一般都是使用硫粉，硫粉具有一定的毒性，在煅烧中会产生大量的有害气体。
[0005]《Appl.Catal.B:Environ.2020,269,118772》中也报道了利用三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸在DMSO溶液中自组装形成石墨相氮化碳超分子前驱体，之后热解得到了硫掺杂的石墨相氮化碳，但是所得产物硫掺杂的石墨相氮化碳比表面积是58.5m2g
‑1，虽然产氢活性相比与直接煅烧得到的石墨相氮化碳也有所提高，但整体效果还是有待提高。
[0006]专利号为CN201710619035.7的专利公开了一种三元共聚氮化碳光催化材料，以三聚氰胺、三聚氰酸和巴比妥酸为原料制备而成的多孔结构。其制备方法包括以下步骤：将三聚氰胺、三聚氰酸和巴比妥酸研磨后，溶解于溶剂中，搅拌，烘干后得前驱体；将步骤S1所得前驱体进行煅烧，研磨后得所述三元共聚氮化碳光催化材料。该专利中巴比妥酸主要是起到一种碳掺杂的方法去改变石墨相氮化碳的电子结构，但是该方法已经被报道很多；并且
前驱体煅烧中煅烧程序复杂。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法，改进合成石墨相氮化碳方法，通过采用三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸作为原料，三者在水中通过自组装构建石墨相氮化碳的超分子前驱体，在惰性气氛中煅烧形成硫掺杂的石墨相氮化碳光催化剂，其石墨相氮化碳具有产率高、比表面积大、可见光吸收范围宽等特点，表现出优异的光催化产氢性能。
[0008]本专利技术采用的技术方案是：
[0009]光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂，其原料为三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸，质量比是4：(1
‑
4)：(1
‑
4)。
[0010]进一步，三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸，质量比是4：(3
‑
4)：(3
‑
4)。
[0011]进一步，三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸，质量比是4：3.8：3。
[0012]光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，包括：将三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸按质量比是4：(1
‑
4)：(1
‑
4)，通过在水中自组装构建超分子前驱体，最后抽滤前驱体，真空干燥，在惰性气氛中煅烧得到石墨相氮化碳光催化剂。
[0013]具体为：
[0014](1)、将质量份数4份的三聚氰胺加到120体积份的水中得到A溶液，室温搅拌10min及以上；质量份数与体积份的比为g:mL；
[0015](2)、同时将1
‑
4质量份的三聚氰酸加到120体积份的纯水中得到B溶液，室温搅拌10min及以上；
[0016](3)、然后将1
‑
4质量份的三聚硫氰酸加入到B溶液中得到C溶液；室温搅拌10min及以上；
[0017](4)、然后将C溶液滴加到A溶解中，室温搅拌10h及以上；
[0018](5)、完成之后进行抽滤，再60℃
±
10℃真空干燥，持续时间为8h
[0019]及以上；
[0020](6)、在惰性气氛中煅烧得到石墨相氮化碳光催化剂。
[0021]所述的煅烧程序包括：在160
‑
260min内从室温升温至500
‑
800℃，保持120min及以上；再冷却到室温条件下。
[0022]所述惰性气氛为氮气、氩气。
[0023]本专利技术通过改进石墨相氮化碳的合成方法，利用三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸在水中通过氢键自组装构建超分子前驱体，热解得到石墨相氮化碳，相比直接热解得到的石墨相氮化碳，具有以下优点：
[0024]1、本专利技术改进了合成石墨相氮化碳的方法，产率在50％以上，合成简单，容易操作及可大规模合成等优势。
[0025]2、三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸在水中通过氢键自组装构建超分子前驱体，三聚硫氰酸的加入可以改变石墨相氮化碳的形貌，由块状变为多孔蓬松，从而增加了石墨相氮化碳的比表面积，可以达到160m2g
‑1,是直接热解得到石墨相氮化碳的17.7倍。
[0026]3、相较于硫脲和硫粉等硫源来制备硫掺杂的氮化碳，只能实现较低含量的硫掺
杂，并且不能影响石墨相氮化碳的形貌，比表面积和活性位点。本专利技术利用三聚硫氰酸作为硫源，实现了调控石墨相氮化碳的能带结构，增加对可见光的吸收；同时由于硫掺杂打破了石墨相氮化碳本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，其原料为三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸，质量比是4：(1
‑
4)：(1
‑
4)。2.根据权利要求1所述的光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸，质量比是4：(3
‑
4)：(3
‑
4)。3.根据权利要求1或2所述的光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于，三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸，质量比是4：3.8：3。4.基于权利要求1所述的光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将三聚氰胺、三聚氰酸和三聚硫氰酸按质量比是4：(1
‑
4)：(1
‑
4)，通过在水中自组装构建超分子前驱体，最后抽滤前驱体，真空干燥，在惰性气氛中煅烧得到石墨相氮化碳光催化剂。5.根据权利要求4所述的光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，具体为：(1)、将质量份数4份的三聚氰胺加到120体积份的水中得到A溶液，室温搅拌10min及以上；质量份数与体积份的比为g:mL；(2)、同时将1
‑
4质量份的三聚氰酸加到120体积份的纯水中得到B溶液，室温搅拌10min及以上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：师进文，柳东杰，毛柳浩，郭烈锦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：