一种多孔片状氮化碳光催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于光催化技术领域，涉及半导体光催化剂，提供一种多孔片状氮化碳光催化材料及其制备方法；本发明专利技术先由三聚氰胺和氰尿酸通过分子自组装合成多孔片状氮化碳前驱体，再通过热聚合将KOH释放的OH

【技术实现步骤摘要】
一种多孔片状氮化碳光催化材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于光催化
，涉及半导体光催化剂，具体提供一种可见光光催化还原二氧化碳活性增强的含有电子供体
‑
受体系统的多孔片状氮化碳光催化材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统能源的大量消耗和过度的尾气排放导致的能源危机及环境问题威胁着人类生活环境，其中，二氧化碳是导致温室效应的主要气体之一；因此，如何减少大气中的CO2浓度并且有效地利用二氧化碳成为研究的热点，光催化技术将二氧化碳还原为一氧化碳和碳氢燃料，能够同时解决能源短缺与环境污染问题，引起了广泛关注。
[0003]光催化
的核心是开发高活性的半导体光催化剂，近年来，氮化碳(g～C3N4)因其无金属、能带结构适中等优点在光催化领域应用广泛；但是，体相氮化碳由于光生载流子容易复合、活性位点暴露不足等缺点，仅仅表现出较弱的光催化活性。针对该问题，设计多孔片状氮化碳是提高光催化活性的有效措施之一，其中，电子供体
‑
受体系统能有效促进分子内载流子迁移并有效抑制载流子复合，进一步提高氮化碳的光催化活性；氮化碳中七嗪环上的氮原子常被当作电子供体，为了构建高效的电子供体
‑
受体传输系统，电子受体的选择至关重要。目前，已有一些研究报道了以硒、二溴喹啉作为电子受体，如文献“Ou.H.H,Chen.X.R,Lin.L.H,Fang.Y.X,Wang.X.C,Biomimetic donor
‑
acceptor motifs in conjugated polymers for promoting exciton splitting and charge separation,Angew.Chem.Int.Ed.,2018,57,8729
‑
8733.”、“Fan.X,Zhang.L,Cheng.R,Wang.M,Li.M,Zhou.Y,Shi.J,Construction of graphitic C3N4‑
based intramolecular Donor
‑
Acceptor conjugated copolymers for photocatalytic hydrogen evolution,ACS Catal.,2015,5,5008
‑
5015.”；但是，这些方法均存在不环保、成本高等问题、不利于大规模工业生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对氮化碳材料自身缺陷及现有技术中存在的不足，提供一种多孔片状氮化碳光催化材料及其制备方法；本专利技术基于氮碳
‑
氰基良好的吸电子特性，首次提出提出以七嗪环中氮原子作为电子供体、以氮碳
‑
氰基为电子受体，在多孔片状氮化碳中原位构建电子供体
‑
受体系统，使得多孔片状氮化碳光催化材料在可见光下表现出优异的光催化还原二氧化碳活性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种多孔片状氮化碳光催化材料，其特征在于，所述氮化碳为多孔片状结构，其中，多孔片状氮化碳纳米片的厚度为10～60nm、孔径为0.1～0.4μm；所述氮化碳具有氮碳
‑
氰基官能团，且氮碳
‑
氰基官能团作为电子受体。
[0007]进一步的，所述多孔片状氮化碳光催化材料在可见光下光催化还原二氧化碳为甲
烷与一氧化碳。
[0008]上述多孔片状氮化碳光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、多孔片状氮化碳前驱体的制备；
[0010]步骤1.1、将三聚氰胺分散于乙醇中，得到三聚氰胺的乙醇悬浊液；将氰尿酸分散于乙醇中，得到氰尿酸的乙醇悬浊液；
[0011]步骤1.2、将三聚氰胺的乙醇悬浊液与氰尿酸的乙醇悬浊液混合，搅拌直至形成沉淀，得到混合悬浮液；
[0012]步骤1.3、将混合悬浮液依次进行离心、洗涤、干燥，得到多孔片状氮化碳的前驱体；
[0013]步骤2、多孔片状氮化碳光催化材料的制备；
[0014]步骤2.1、将KOH溶解于乙醇与吡啶的混合溶液中，得到分散液；
[0015]步骤2.2、将多孔片状氮化碳前驱体分散到分散液中，然后干燥蒸干，得到粉末样品；
[0016]步骤2.3、将粉末样品置于马弗炉内，烧结得到多孔片状氮化碳光催化材料。
[0017]进一步的，步骤1.2中，所述三聚氰胺与氰尿酸的摩尔比为：(0.1～2):(0.1～2)。
[0018]进一步的，步骤1.3中，所述干燥的温度为50～70℃。
[0019]进一步的，步骤2.1中，所述KOH的质量为0.1～1g，分散液的质量浓度为1
×
104～5
×
104mg/L；所述乙醇与吡啶的混合溶液中吡啶与乙醇的体积比为1:10。
[0020]进一步的，步骤2.2中，所述多孔片状氮化碳前驱体的质量为2～10g，干燥蒸干的温度为20～80℃。
[0021]进一步的，步骤2.3中，烧结的具体过程为：以1～5℃/min的升温速率由室温升至550℃，并在550℃下保温2～8h，然后自然冷却至室温。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0023]1)本专利技术提供的含有电子供体
‑
系统的多孔片状氮化碳光催化材料能够从三个方面显著增强光催化活性：首先，氮碳
‑
氰基作为电子受体与氮化碳七嗪环上的氮原子之间形成独特的电子供体
‑
受体系统，促进了光生载流子在分子内高效传输，解决了氮化碳中光生载流子复合严重的问题；其次，引入的氮碳
‑
氰基具有独特的吸电子特性，在光催化反应中充当活性位点，促进了光催化反应高效进行；最后，由于吡啶环上氮原子的吸电子作用，环上碳原子的电子云密度降低，尤其在2位和4位上的电子云密度更低，因而环上的亲核取代反应容易发生，导致氮化碳产物呈多孔片状结构，这种多孔片状结构改善了纳米片团聚，增大了反应物与活性位点的接触机会；
[0024]2)本专利技术提供的含有电子供体
‑
系统的多孔片状氮化碳光催化材料的制备方法具有工艺简单、绿色环保并且成本低等优点；
[0025]3)本专利技术使用分子自组装结合碱辅助的方法制备出含有电子供体
‑
系统的多孔片状氮化碳从而提高光催化还原二氧化碳活性的思路可在光催化领域推广。
附图说明
[0026]图1为实施例1中多孔片状氮化碳光催化材料的合成机理图。
[0027]图2为实施例1与对比例1～2所制备材料的傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)。
[0028]图3为实施例1与对比例1～2所制备材料的扫描电镜图(SEM)；其中，(a)为实施例1，(b)为对比例1，(c)为对比例2。
[0029]图4为实施例1与对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔片状氮化碳光催化材料，其特征在于，所述氮化碳为多孔片状结构，其中，多孔片状氮化碳纳米片的厚度为10～60nm、孔径为0.1～0.4μm；所述氮化碳具有氮碳
‑
氰基官能团，且氮碳
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氰基官能团作为电子受体。2.按权利要求1所述多孔片状氮化碳光催化材料，其特征在于，所述多孔片状氮化碳光催化材料在可见光下光催化还原二氧化碳为甲烷与一氧化碳。3.按权利要求1所述多孔片状氮化碳光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、多孔片状氮化碳前驱体的制备；步骤1.1、将三聚氰胺分散于乙醇中，得到三聚氰胺的乙醇悬浊液；将氰尿酸分散于乙醇中，得到氰尿酸的乙醇悬浊液；步骤1.2、将三聚氰胺的乙醇悬浊液与氰尿酸的乙醇悬浊液混合，搅拌直至形成沉淀，得到混合悬浮液；步骤1.3、将混合悬浮液依次进行离心、洗涤、干燥，得到多孔片状氮化碳的前驱体；步骤2、多孔片状氮化碳光催化材料的制备；步骤2.1、将KOH溶解于乙醇与吡啶的混合溶液中，得到分散液；步骤2.2、将多孔片状氮化碳前驱体分散到分散液中，然后干燥蒸干，得到粉末样...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，廖宇龙，李元勋，文天龙，李颉，张怀武，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：