一种光催化复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种光催化复合材料及其制备方法与应用。涉及光催化材料技术领域。上述光催化复合材料具有如式I所示结构式的化合物：式I。本发明专利技术的光催化复合材料，在其网络结构中，

【技术实现步骤摘要】
一种光催化复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，尤其是涉及一种光催化复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]1972年，Fujishima和Honda在TiO2半导体单晶电极上发现水的光解反应，发现了半导体材料的“本田——藤岛效应”，才真正开始了多相半导体光催化的研究，并掀起了光催化分解水以解决能源危机的热潮。氢气作为一种可再生清洁能源在该体系中发挥着重要作用，氢气可用于燃料电池，还能用于化工行业。现有的制氢气的方法主要是光解水制氢，光解水制氢是一种将太阳能转化为可利用能源的重要方式，也是一种储存太阳能的有效方式。由于光解水的性能受到催化剂光生电荷转移、带隙结构和稳定性的直接影响，这使得现有的方法制氢效率并不高，因此设计一种新型高效环保的光催化剂是提高制氢效率的关键。
[0003]石墨相氮化碳(Graphitic carbon nitride，g
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C3N4)是一种二维片层结构的共轭聚合物，其性质稳定，与石墨结构相近。g
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C3N4作为一种新型无金属聚合光催化剂，具有绿色、经济、稳定性好、光学性能和电子性能好等优点，在光催化领域受到了广泛的关注；g
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C3N4目前可应用于光催化降解污染物领域、光解水制氢领域、光催化还原CO2领域和选择性有机合成反应领域。g
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C3N4作为类石墨烯材料的典型代表，带隙为2.7eV，可以吸收可见光，由于其层与层之间以范德华力相连，使得其具有较好的化学与热力学稳定性，此外g
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C3N4还具有无毒、来源丰富、价格低廉，制备简单等特点。但是，g
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C3N4在实际的应用中，由于纯相的g
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C3N4本身存在很多缺点影响其光催化性能的提高，使得g
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C3N4受限于快速电荷载流子复合、低表面积和对可见光的有限吸收，特别是g
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C3N4具有较高的电子空穴复合率，使得其光催化效率受到严重限制。
[0004]因此，亟需找到一种复合材料，以改善g
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C3N4光催化性能，拓宽光响应范围及提高其电子空穴分离率。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的第一个技术问题是：
[0006]提供一种光催化复合材料。
[0007]本专利技术所要解决的第二个技术问题是：
[0008]提供一种所述光催化复合材料的制备方法。
[0009]本专利技术所要解决的第三个技术问题是：
[0010]所述光催化复合材料的应用。
[0011]为了解决所述第一个技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种光催化复合材料，
所述材料具有如式I所示的结构式：式I：其中，R1和R2独立选自式II或者式III所示的结构：式II：
[0012]式III：
[0013]其中，R3、R4和R5独立选自氨基、烷基取代氨基、羟基取代氨基或卤素取代氨基；
[0014]其中，R7、R8和R
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独立选自亚氨基、烷基取代亚氨基、羟基取代亚氨基或卤素取代亚氨基；
[0015]其中，R6、R9和R
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独立选自氨基、烷基取代氨基、羟基取代氨基或卤素取代氨基；
[0016]其中，R3、R6、R9和R
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中，至少有一个选自
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NH
‑
C≡N或X；
[0017]其中，X包括以下结构：
[0018]其中，M为金属离子。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
[0020]本专利技术的光催化复合材料，在其网络结构中，
‑
C≡N、氮缺陷以及芳香环均能使得所述光催化复合材料的π电子离域性增强，有利于增强光吸收及光生电子的快速迁移；进一步的，本专利技术的光催化复合材料，在可见光照射下可以收获更多的光子，并抑制光生载流子的重组，从而显著改善PHE(光催化析氢)和BPA(双酚A)的光降解，进一步的，本专利技术的光催化复合材料，在绿光区表现出极高的光催化活性。
[0021]本专利技术的光催化复合材料，相对于石墨相氮化碳，在光催化性能上有极大的提升，本专利技术制备的光催化复合材料，还拓宽了材料的光响应范围及提高了电子空穴分离率。
[0022]根据本专利技术的实施方式，烷基取代氨基中的烷基，包括C1‑8烷基和卤素取代C1‑8烷基。
[0023]根据本专利技术的实施方式，烷基取代亚氨基，包括C1‑8烷基和卤素取代C1‑8烷基。
[0024]根据本专利技术的实施方式，M包括钾离子、钙离子、锌离子、镁离子和钠离子中的至少一种。对于结构X中的M，金属离子M通过与X结构中的N原子的电负性相结合，从而掺杂到了结构X中。以增强光催化复合材料的光吸收及光生电子的快速迁移，促进光催化复合材料的光催化活性。
[0025]根据本专利技术的实施方式，金属离子M除了会掺杂到结构X中，还会掺杂到R
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中。
[0026]根据本专利技术的实施方式，金属离子M掺杂于所述光催化材料中的氨基和亚氨基上。
[0027]根据本专利技术的实施方式，所述R1的结构式如式II所示；R2的结构式如式III所示；R6的结构式如X所示。
[0028]根据本专利技术的实施方式，所述光催化复合材料，具有如下所示的结构：
[0029]在该结构中，引入了氮缺陷和
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C≡N，并掺杂进了钾离子，从而促进了复合材料的π电子离域性增强，增强了光吸收及光生电子的快速迁移。
[0030]为了解决所述第二个技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0031]一种制备所述光催化复合材料的方法，包括以下步骤：
[0032]S1混合含氮化碳结构的化合物和氨基苯腈，经煅烧，得到中间产物；
[0033]S2在保护气氛下，混合中间产物与含金属阳离子的熔盐，经煅烧，得到光催化复合材料。
[0034]根据本专利技术的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
[0035]本专利技术制备所述光催化复合材料的方法中，含氮化碳结构的化合物和氨基苯腈
(ABN)进行席夫碱反应能够得到氨基苯腈(ABN)嫁接于三
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s
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三嗪的所述光催化复合材料，在步骤S2中，在中间产物与含金属阳离子的熔盐煅烧反应下，引入了氮缺陷和
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C≡N并使得金属阳离子掺入其中，从而使得产物得到离域性增强。
[0036]本专利技术制备所述光催化复合材料的方法，利用高温两步热聚法即可将可见光响应的氨基苯腈(ABN)嫁接CN网络结构，以得到所述光催化复合材料，本专利技术的方法，具有操作简单、反应效率高和制备材料性能好等优点。
[0037]本专利技术的方法中，通过含氮化碳结构的化合物和氨基苯腈的反应，从而在石墨相氮化碳(g
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化复合材料，其特征在于：所述光催化复合材料的结构式如式I所示：其中，R1和R2独立选自式II或式III所示的结构：其中，R3、R4和R5独立选自氨基、烷基取代氨基、羟基取代氨基或卤素取代氨基；其中，R7、R8和R
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独立选自亚氨基、烷基取代亚氨基、羟基取代亚氨基或卤素取代亚氨基；R6、R9和R
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独立选自氨基、烷基取代氨基、羟基取代氨基或卤素取代氨基；且，R3、R6、R9和R
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中，至少有一个选自
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NH
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C≡N或X；
其中，X包括以下结构：其中，M为金属离子。2.根据权利要求1所述的光催化复合材料，其特征在于：所述R1的结构式如式II所示；R2的结构式如式III所示；R6的结构式如X所示。3.一种制备如权利要求1或2所述的光催化复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1混合含氮化碳结构的化合物和氨基苯腈，经煅烧，得到中间产物；S2在保护气氛下，混合中间产物与含金属阳离子的熔盐，经煅烧，得到所述光催化复合材料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述含氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：许成群，刘海洋，王栋玉，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：