一种用于可见光分解水制氢的花球状磷掺杂三维氮化碳催化剂及制备方法技术

一种用于可见光分解水制氢的花球状磷掺杂三维氮化碳及制备方法，属于光催化剂制备方法。步骤1、将三聚磷酸钠、浓硝酸溶于甘油溶液，搅拌得含磷硝酸甘油混合溶液；步骤2、将三聚氰胺分散在甘油溶液加热搅拌得澄清的三聚氰胺甘油混合溶液3、将含磷硝酸甘油混合溶液逐滴滴加到三聚氰胺甘油混合溶液中混合搅拌均匀后，将混合溶液转移到水热反应釜中，再将密封好的反应釜置于烘箱内140

【技术实现步骤摘要】
一种用于可见光分解水制氢的花球状磷掺杂三维氮化碳催化剂及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种氮化碳光催化剂制备领域，尤其涉及一种用于可见光分解水制氢的三维氮化碳光催化剂的制备。

技术介绍

[0002]氮化碳是由C、N两种元素组成的雷士石墨的一种层状聚合物半导体材料，它的带隙大约为2.7ev，是一种中等带隙的半导体，能吸收460nm以下的太阳光，从而可以部分利用太阳光中的可见光。氮化碳具有良好的热稳定性和化学稳定性，在光催化领域受到广泛关注。
[0003]通常条件下，以尿素、三聚氰胺等含碳氮前驱体为原料经过高温热缩聚得到的氮化碳多为片密集堆积的块状材料，紧密的堆积作用是的氮化碳材料的反应活性位点被阻碍。为了提高氮化碳的光催化活性，科研工作者们做了很多尝试，例如：元素和分子掺杂提高氮化碳的光吸收范围、改善电荷传输性能；形貌调控提高样品比表面积、增加活性位点；构建异质结提高载流子分离效率等。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术针对现有技术的现状提供了一种新的花球状磷掺杂三维氮化碳及制备方法，产品形貌新颖、特殊、反应位点大大增加，并使其用于可见光光催化分解水制备氢气。
[0005]技术方案:本专利技术包括一种用于可见光分解水制氢的花球状磷掺杂三维氮化碳微米结构催化剂材料，以及其催化剂材料的制备方法。
[0006]所述的花球状磷掺杂三维氮化碳微米结构催化剂材料包括：微米结构三维花球结构，花球中心有圆柱形轴核，围绕着柱形轴核布满纳米棒状结构，花球外径为30
‑/>60μm。
[0007]所述的花球状磷掺杂三维氮化碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、将0.8
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1.1g三聚磷酸钠、1.2
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1.8ml浓硝酸溶于20
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35ml甘油溶液，搅拌得含磷硝酸甘油混合溶液；步骤2、将三聚氰胺1
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4g分散在25
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45ml甘油溶液加热搅拌得澄清的三聚氰胺甘油混合溶液；加热温度为50
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70℃，搅拌速度为200
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500rpm，搅拌时间为30
‑
60min；步骤3、将含磷硝酸甘油混合溶液逐滴滴加到三聚氰胺甘油混合溶液中混合搅拌均匀后，将混合溶液转移到水热反应釜中，再将密封好的反应釜置于烘箱内140
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160℃下反应 8
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12h；步骤4、反应后将反应釜取出，室温下静置自然冷却至室温，打开反应釜，用滤纸将内胆中沉淀下来的固体通过抽滤分离出来，所收集的沉淀物用超纯水清洗五次，乙醇清洗一次；步骤5、把洗净的沉淀物置于40
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60℃真空干燥箱内真空干燥12
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48h，得到浅灰色
9h；步骤4、反应后将反应釜取出，室温下静置自然冷却至室温，打开反应釜，用滤纸将内胆中沉淀下来的固体通过抽滤分离出来，所收集的沉淀物用超纯水清洗五次，乙醇清洗一次；步骤5、把洗净的沉淀物置于50℃真空干燥箱内真空干燥15h，得到浅灰色粉末；步骤6、将浅灰色粉末在520℃氮气气氛下煅烧4h，升温速率为5℃/min，得到黑色花球状磷掺杂三维氮化碳催化剂。
[0015]对比例将2g三聚氰胺在580℃氮气气氛下煅烧3h，升温速率为8℃/min，得到常规热聚合的氮化碳催化剂。
[0016]实验例通过光分解水产氢实验来测试花球状磷掺杂三维氮化碳催化剂的性能。
[0017]光解水产氢实验与常温常压下在容积为200ml的三颈石英烧瓶中进行，三颈烧瓶的瓶口用硅胶塞密封。采用功率为300w的氙灯作为光源，光源与反应器之间的距离为10cm。使用一块紫外截止滤光片（λ≥420nm）过滤掉紫外光，透过的可见光则作为光源用来激发光催化反应。在具体实验中，将50mg所制备的样品分散在80ml去离子水和10ml三乙醇胺牺牲剂的混合溶液中，3 wt%的 Pt 采用原位光沉积 H2PtCl
6 的方式沉积在催化剂表面。光照之前向三颈烧瓶通入氮气，持续30min以排尽三颈烧瓶中的氧气，并将三颈烧瓶放在恒温水槽中设置温度为25℃以排除温度对实验的影响。实验中光照反应3h后，从三颈烧瓶上方抽取1ml气体通过气相色谱仪测试。
[0018]本专利技术获得的花球状磷掺杂三维氮化碳催化剂的扫描电镜照片如图1所示，催化剂形貌为微米结构三维花球结构，花球中心有圆柱形轴核，围绕着柱形轴核布满纳米棒状结构；本专利技术获得的催化剂的XPS分析如图2所示，谱图中出现了磷的特征峰；本专利技术获得的催化剂与对比例催化剂在可见光下的产氢性能图如图3所示，实施例1获得的催化剂产氢率为199μmol
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‑1·
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‑1，实施例2获得的催化剂产氢率为162μmol
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‑1，对比例催化剂的产氢率为38μmol
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‑1，表明本专利技术催化剂在可见光下有良好的产氢能力；对本专利技术催化剂进行循环使用稳定性测试，结果如图4所示，第5次的产氢测试仍然具有良好的产氢能力，表明本专利技术制备的催化剂具有高度稳定性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可见光分解水制氢的花球状磷掺杂三维氮化碳催化剂的制备方法，其特征包括以下步骤：步骤1、将0.8
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1.1g三聚磷酸钠、1.2
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1.8ml浓硝酸溶于20
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35ml甘油溶液，搅拌得含磷硝酸甘油混合溶液；步骤2、将三聚氰胺1
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4g分散在25
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45ml甘油溶液加热搅拌得澄清的三聚氰胺甘油混合溶液；加热温度为50
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70℃，搅拌速度为200
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500rpm，搅拌时间为30
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60min；步骤3、将含磷硝酸甘油混合溶液逐滴滴加到三聚氰胺甘油混合溶液中混合搅拌均匀后，将混合溶液转移到水热反应釜中，再将密封好的反应釜置于烘箱内140
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160℃下反应 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志强，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：