一种光催化剂CuNi/CN及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光催化剂CuNi/CN及其制备方法和应用，应用在光催化剂技术领域，其技术方案要点是：s3：将二氰二胺溶解在水中，再加入氯化镍，超声分散后得到溶液，转移到烧瓶中，再加入硼氢化钠，水浴加热75

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂CuNi/CN及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂
，特别涉及一种光催化剂CuNi/CN及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢气由于其无污染、高储能的性质，是未来工业和人类生活的能源原料。光催化制氢是一种生态的、可持续的获取H2的方法，因此开发高效、高产的光催化剂是研究热点。
[0003]氮化碳(g
‑
C3N4)作为一种二维制氢光催化剂，已经引起了广泛的跨学科关注，尽管g
‑
C3N4具有合适的传导和价带势、良好的热稳定性和较大的比表面积，但其光吸收弱和电荷迁移率小。近年来，引入双金属作为共催化剂，使得这些问题得到了极大的解决。
[0004]本专利技术利用新合成的铜络合物和镍络合物，进行原位合成CuNi/CN复合催化剂，并在该复合催化剂作用下进行了光催化苯甲醇脱氢产生氢气和苯甲醛的反应，发现CuNi/CN复合催化剂对苯甲醇(BA)的解离具有明显的可见光光催化活性，与纯g
‑
C3N4(缩写为CN)纳米片相比，光催化活性有了质的飞跃，最佳的2％Cu1Ni1/CN纳米复合材料的产氢效率和苯甲醛(BAD)产量都有了很大的提升。这种光催化效率的提高可以归因于CuNi双金属的协同效应，它大大提高了光生电子与空穴的分离效率。CuNi/CN令人印象深刻的特性表明其在太阳能转换应用中具有巨大的潜力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种光催化剂CuNi/CN及其制备方法和应用，其优点是：CuNi/CN复合催化剂对苯甲醇的脱氢具有明显的可见光光催化活性，与传统的纯CN光催化剂比较，CuNi/CN复合催化剂的光催化苯甲醇脱氢产生氢气和苯甲醛的生产率有显著提高。本专利技术验证了无贵金属复合光催化材料的合理构建实现了光催化生产氢气和精细化学品同时高效进行。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种光催化剂CuNi/CN的制备方法，包括步骤如下：
[0007]s1:将二氰二胺和乙酸铜溶于水中,超声分散后形成溶液；
[0008]s2:将溶液转移到烧瓶中，在氮气保护下于55
‑
65℃的水浴中加热，自然冷却到室温后，生成蓝色沉淀物，水洗若干次后干燥得到铜络合物；
[0009]s3：将二氰二胺溶解在水中，再加入氯化镍，超声分散后得到溶液，转移到烧瓶中，再加入硼氢化钠，水浴加热75
‑
85℃，自然冷却至室温后，生成绿色沉淀物，水洗三次后干燥后得到镍络合物；
[0010]s4：将二氰二胺溶解到水中，形成溶液，再加入铜络合物和镍络合物超声搅拌、冷冻、干燥，得到样品；
[0011]s5：将样品和硼氢化钠研磨混合后，在氮气氛围下，煅烧545
‑
555℃下持续若干小时，再在氢气氛围中煅烧495
‑
505℃下持续若干小时，再研磨、水洗、HCl洗涤、干燥，得到
CuNi/CN复合催化剂。
[0012]本专利技术进一步设置为：在s1中的二氰二胺和乙酸铜的摩尔比为2:1。
[0013]本专利技术进一步设置为：在s2中水浴加热时间为4
‑
5h。
[0014]本专利技术进一步设置为：在s3中二氰二胺和氯化镍的摩尔比为3：2。
[0015]本专利技术进一步设置为：在s4中铜络合物和镍络合物的质量比为范围为1:0.5
‑
2。
[0016]本专利技术进一步设置为：在s5中煅烧545
‑
555℃的时间为3.8
‑
4.2h，升温速率为4
‑
5℃/min。
[0017]本专利技术进一步设置为：在s5氢气氛围中煅烧495
‑
505℃的时间为4.8
‑
5.2h，升温速率为4
‑
5℃/min。
[0018]采用所述的制备方法得到的光催化剂CuNi/CN。
[0019]所述的光催化剂CuNi/CN在苯甲醇制备氢气和苯甲醛中应用。
[0020]综上所述，本专利技术通过利用双金属络合物原位合成法制造了一个双金属负载于氮化碳上的复合催化剂作为先进的光催化剂用于苯甲醇脱氢反应生产苯甲醛和H2。氮化碳纳米片提供了瞬时电荷转移途径，而负载的双金属CuNi提供了丰富的活性点。氮化碳纳米片与CuNi双金属催化剂之间的亲密界面接触大大提高了其光催化效率。而且双金属CuNi拓宽了光吸收范围，加速了光生载流子的分离和迁移效率，显著提高了光催化性能。复合光催化剂2％Cu1Ni1/CN表现出高活性(80μmolg
‑1h
‑1)和对芳香醇脱氢的选择性，比传统CN的H2生成效率高。本专利技术验证了无贵金属复合光催化材料的合理构建实现了可见光光催化生产氢气和精细化学品同时高效进行。
附图说明
[0021]图1(a)是本专利技术实施例1的CN的SEM谱图，(b)2％Cu1Ni1/CN的SEM谱图，(c)2％Cu1Ni1/CN的HRTEM谱图，(d)2％Cu1Ni1/CN的HAADF
‑
STEM图像，(e
‑
h)2％Cu1Ni1/CN的元素映射图；
[0022]图2是本专利技术实施例1的CN、2％Cu1Ni1/CN、2％Cu/CN和2％Ni/CN的XRD谱图；
[0023]图3是本专利技术实施例1的CN、2％Cu1Ni1/CN、2％Cu/CN和2％Ni/CN的FTIR谱图；
[0024]图4(a)是本专利技术实施例1的2％Cu1Ni1/CN的氮气吸附
‑
脱附等温线和孔径分布，(b)CN的氮气吸附
‑
脱附等温线和孔径分布；
[0025]图5(a)是本专利技术实施例1的CN和2％Cu1Ni1/CN复合物的C1sXPS光谱，(b)CN和2％Cu1Ni1/CN复合物的N1sXPS光谱，(c)2％Cu1Ni1/CN复合物的Cu2p图谱，插图为CuLMM图谱，(d)2％Cu1Ni1/CN复合物的Ni2pXPS光谱；
[0026]图6(a)是本专利技术实施例1的CN、2％Cu1Ni1/CN、2％Cu/CN和2％Ni/CN的电化学阻抗Nyquist图谱，(b)CN、2％Cu1Ni1/CN、2％Cu/CN和2％Ni/CN的瞬时光电流响应；
[0027]图7(a)是本专利技术实施例1和试验例的CN和2％Cu1Ni1/CN的紫外
‑
可见漫反射光谱，(b)CN和2％Cu1Ni1/CN的变换Kubelka
‑
Munk函数与光能的关系曲线，(c)CN和2％Cu1Ni1/CN的莫特肖特基曲线，(d)CN和2％Cu1Ni1/CN的带隙图；
[0028]图8是本专利技术实施例1和试验例的CN、2％Cu1Ni1/CN、2％Cu/CN和2％Ni/CN的稳态光致发光光谱；
[0029]图9(a)是本专利技术实施例1
‑
5和试验例的双金属CuNi不同比例的催化效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂CuNi/CN的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：s1:将二氰二胺和乙酸铜溶于水中,超声分散后形成溶液；s2:将溶液转移到烧瓶中，在氮气保护下于55
‑
65℃的水浴中加热，自然冷却到室温后，生成蓝色沉淀物，水洗若干次后干燥得到铜络合物；s3：将二氰二胺溶解在水中，再加入氯化镍，超声分散后得到溶液，转移到烧瓶中，再加入硼氢化钠，水浴加热75
‑
85℃，自然冷却至室温后，生成绿色沉淀物，水洗三次后干燥后得到镍络合物；s4：将二氰二胺溶解到水中，形成溶液，再加入铜络合物和镍络合物超声搅拌、冷冻、干燥，得到样品；s5：将样品和硼氢化钠研磨混合后，在氮气氛围下，煅烧545
‑
555℃下持续若干小时，再在氢气氛围中煅烧495
‑
505℃下持续若干小时，再研磨、水洗、HCl洗涤、干燥，得到CuNi/CN复合催化剂。2.根据权利要求1所述的一种光催化剂CuNi/CN的制备方法，其特征在于：在s1中的二氰二胺和乙酸铜的摩尔比为2:1。3.根据权利要求1所述的一种光催化剂CuNi/CN的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，张俊帅，杨胜洋，
申请(专利权)人：南京科技职业学院，
类型：发明
国别省市：