一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂，包括TiO2同相结和g

【技术实现步骤摘要】
一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂
，尤其涉及一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，能源和环境问题越来越受到重视，太阳能作为可以持续利用的理想能源，其高效利用受到了越来越多地重视。作为太阳能利用的途径之一，太阳能光催化技术被认为是解决能源和环境问题的有效方式之一。但是太阳能光催化的效率往往受到光生电荷分离效率的影响，虽然研究者们在探索促进光生电荷分离的策略方面已经取得了进展，如异质结、异相结、同相结等，但目前的太阳能光催化效率仍不足以满足潜在的应用，因此迫切需要开发更有效的促进光生电荷分离的方法。绿色植物的光合作用是地球上最大的能量储存系统，自然光合作用发生的是水和二氧化碳合成糖类分子的反应，其光生电荷分离效率接近100％，远远高于目前人工光合成体系的光生电荷分离效率。自然光合作用系统中光生电荷高效分离的主要原因，是其独特的光生电荷迁移方式；光生电子沿着电荷传递链逐级迁移，从而最大程度地避免了光生电荷的复合几率。因此，借鉴自然光合作用系统的光生电荷分离原理可以为设计高效复合光催化剂提供思路。
[0003]窄带隙半导体材料石墨相氮化碳(g
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C3N4)具有良好的可见光吸收、优异的热稳定性和化学稳定性(酸碱及有机物)，已成为各种科学研究的热点。g
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C3N4可由富氮有机前体直接热解生成，然而直接热解形成的块状g
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C3N4存在一些问题，比如比表面积较小，光生空穴和电子的复合率较高，这些都会导致光催化效率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂及其制备方法和应用，所述具有光生电荷传递链的复合光催化剂具有较好的光催化效率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂，包括TiO2同相结和g
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C3N4；
[0007]所述g
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C3N4为磷掺杂的g
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C3N4；
[0008]所述TiO2同相结和g
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C3N4之间构成异质结；
[0009]所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比为(0.5～20)：10，且所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比不为0.5:10和20:10。
[0010]本专利技术还提供了上述技术方案所述具有光生电荷传递链的复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将富氮前驱体和含磷化合物混合，进行焙烧后，在异丙醇中进行插层，得到P
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g
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C3N4；
[0012]将无机钛源在碱液中进行第一溶剂热反应，得到TiO2；
[0013]将钛酸四丁酯、水解抑制剂和水混合，在酸性条件下进行老化，得到第一溶液；
[0014]将所述P
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g
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C3N4、TiO2和第一溶液混合，依次进行第二溶剂热反应和煅烧，得到所述具有光生电荷传递链的复合光催化剂。
[0015]优选的，所述富氮前驱体包括三聚氰胺、尿素、双氰胺和硫脲中的一种或几种；
[0016]所述含磷化合物包括无机磷源和有机磷源；所述无机磷源包括磷酸氢二铵、次亚磷酸钠和磷酸中的一种或几种；所述有机磷源包括植酸。
[0017]优选的，所述富氮前驱体的质量和所述含磷化合物的体积之比为(5～30)g：(0.01～0.1)mL。
[0018]优选的，所述无机钛源包括TiCl4、TiCl3、TiOCl2和Ti(SO4)2中的一种或几种；
[0019]所述第一溶剂热反应的pH＝9～11。
[0020]优选的，所述第一溶剂热反应的温度为80～300℃，时间为20～30h。
[0021]优选的，所述水解抑制剂包括乙酸、乙酰丙酮和三乙醇胺中的一种或几种；
[0022]所述钛酸四丁酯和水解抑制剂的体积比为(0.5～2.0)：1。
[0023]优选的，所述P
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g
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C3N4和TiO2的质量比为(0.5～2.5)：(0.1～1.5)；
[0024]所述P
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g
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C3N4的质量与所述第一溶液的体积之比为(0.5～2.5)g：(0.01～0.2)mL。
[0025]优选的，所述第二溶剂热反应的温度为90～180℃，时间为24～120h；
[0026]所述煅烧在空气气氛中进行，所述煅烧的温度为200～600℃，时间为1～5h。
[0027]本专利技术还提供了上述技术方案所述具有光生电荷传递链的复合光催化剂或上述技术方案所述的制备方法制备得到的具有光生电荷传递链的复合光催化剂在光催化领域中的应用。
[0028]本专利技术提供了一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂，包括TiO2同相结和g
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C3N4；所述g
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C3N4为磷掺杂的g
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C3N4；所述TiO2同相结和g
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C3N4之间构成异质结；所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比为(0.5～20)：10，且所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比不为0.5:10和20:10。本专利技术中，所述TiO2同相结由相同晶相不同粒径的二氧化钛构成，其中小粒径的二氧化钛记为TO1，大粒径的二氧化钛记为TO2；所述TiO2同相结和g
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C3N4的价带和导带位置合适，可以形成异质结，进而形成具有连续电荷传递链的复合光催化剂(TO1/TO2‑
PCN)，所述复合光催化剂中PCN导带上的光生电子经TO2的导带迁移至TO1的导带上，与H2O反应产生H2，PCN的光生空穴与牺牲剂TEOA反应，这种连续电荷传递链的构建极大地促进了光生电子和空穴的分离效率，从而提高了本专利技术所述g
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C3N4基高效催化剂的光催化活性，能够快速、高效的分解水产氢。所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比直接决定了所述复合光催化剂TO1/TO2‑
PCN在光催化分解水产氢中的活性，当所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比在上述范围内时，能够保证所述TO1/TO2‑
PCN能够有效分解水产生氢气。根据实施例的结果表明，本专利技术提供的光催化剂放在100mL混合溶液(90mL H2O+10mLTEOA)中，试验中水优选为去离子水，经过120min可见光照后，氢气的产量速率最高可达125μmoL/h。
[0029]本专利技术还提供了上述技术方案所述具有光生电荷传递链的复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将富氮前驱体和含磷化合物混合，进行焙烧后，在异丙醇中进行插层，得到P...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光生电荷传递链的复合光催化剂，其特征在于，包括TiO2同相结和g
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C3N4；所述g
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C3N4为磷掺杂的g
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C3N4；所述TiO2同相结和g
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C3N4之间构成异质结；所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比为(0.5～20)：10，且所述TiO2同相结和g
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C3N4的质量比不为0.5:10和20:10。2.权利要求1所述具有光生电荷传递链的复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将富氮前驱体和含磷化合物混合，进行焙烧后，在异丙醇中进行插层，得到P
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g
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C3N4；将无机钛源在碱液中进行第一溶剂热反应，得到TiO2；将钛酸四丁酯、水解抑制剂和水混合，在酸性条件下进行老化，得到第一溶液；将所述P
‑
g
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C3N4、TiO2和第一溶液混合，依次进行第二溶剂热反应和煅烧，得到所述具有光生电荷传递链的复合光催化剂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述富氮前驱体包括三聚氰胺、尿素、双氰胺和硫脲中的一种或几种；所述含磷化合物包括无机磷源和有机磷源；所述无机磷源包括磷酸氢二铵、次亚磷酸钠和磷酸中的一种或几种；所述有机磷源包括植酸。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，吴维成，罗丹，陈雪冰，
申请(专利权)人：沈阳工程学院辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：