双前驱体制备的三嗪基晶相氮化碳光催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种双前驱体制备的三嗪基晶相氮化碳光催化剂及其应用，属于光催化材料制备技术领域。以三聚氰胺和三聚氰酸为前驱体，经热聚合反应及高温熔盐法处理合成具有高结晶度的三嗪基晶相氮化碳光催化剂。工艺简单，成本低，符合实际生产需要，且其制备的光催化剂具有良好的聚合度、光吸收性能及全解水活性，在以Pt和CoOx作为产氢和产氧助催化剂的条件下，其光催化全解水活性明显优于单一前驱体制备的三嗪基晶相氮化碳，具有较大的应用潜力。力。

【技术实现步骤摘要】
双前驱体制备的三嗪基晶相氮化碳光催化剂及其应用


[0001]本专利技术属于光催化材料制备
，具体涉及一种双前驱体制备的三嗪基晶相氮化碳光催化剂及其在一步激发光催化全分解水制氢中的应用。

技术介绍

[0002]随着人类的不断发展，消耗的能源也越来越多，目前以化石能源为主，这些化石能源在转化成电力、动力等其他能源时会产生许多有害的副产物，从而对地球的环境、气候等自然环境造成严重的危害。因此开发和利用清洁可持续新能源是人类社会未来的发展趋势。氢气是一种能量密度高、无碳且易于运输的潜在能量。氢气可以通过直接燃烧或氢燃料电池释放能量且唯一的副产品是水。目前氢气主要通过化石燃料的裂解以及电解水生产，这些途径的生产工序复杂、成本较高。而将太阳能转化为氢能的光催化全水分解技术具有投资低、设备简单等优点，因此具有很大的竞争力。该技术的核心是开发高效的光催化剂。
[0003]目前广泛开发和利用的光催化剂是无机半导体材料，主要是一些金属氧化物和金属硫化物等。这些无机半导体材料大多带隙较宽只能吸收紫外光，对于可见光的利用率不高。某些金属硫化物在光照条件下容易发生光腐蚀，稳定性差。近些年来，有机聚合物光催化剂尤其是石墨相氮化碳材料由于其合成简单、无毒、性质稳定等优点而引起了研究者们的广泛兴趣。但是使用传统的热聚合方法合成的氮化碳聚合不完全，结晶度低，导致其光催化全解水反应的总体效率并不高。因此，开发一种易制备、结晶度高、性能高效的氮化碳光催化剂具有极其重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种双前驱体制备的三嗪基晶相氮化碳光催化剂，具有较高的结晶度和较大的颗粒尺寸，在很大程度上降低了催化剂的结构缺陷，极大地促进了光生电荷的分离和传输，从而实现高效驱动光催化全水分解制取氢气。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种三嗪基晶相氮化碳光催化剂的制备方法：以三聚氰胺和三聚氰酸为前驱体，经热聚合反应及高温熔盐法处理，合成三嗪基晶相氮化碳光催化剂，其微观形貌为六角棱柱，比表面积为25 m2/g，光学吸收边在410 nm附近。
[0006]进一步地，将三聚氰胺和三聚氰酸混合均匀，作为前驱体，加入熔盐，研磨均匀，热处理得到预烧产物，抽真空后煅烧，得到所述的三嗪基晶相氮化碳光催化剂。三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为2:1~1:2；前驱体和熔盐的质量比为1:1~1:15；所述的熔盐为氯化锂和氯化钠；热处理温度为400
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500℃，时间6
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10小时；煅烧温度为500
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600℃，时间为12
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48小时。
[0007]将三嗪基晶相氮化碳光催化剂应用于一步激发光催化全分解水制氢中，具体为：在使用所述的三嗪基晶相氮化碳光催化剂的同时，以Pt和CoO
x
分别作为产氢和产氧助催化剂，在全光照的条件下进行光解水产氢。
[0008]本专利技术的有益效果在于：
（1）本专利技术使用廉价易得的三聚氰胺和三聚氰酸作为聚合氮化碳的前驱体，利用三聚氰胺和三聚氰酸两种单体能够自发形成一一对应的分子间氢键作用力，从而进一步提高氮化碳的聚合度，再在熔盐环境下形成具有较高结晶度的三嗪基晶相氮化碳。
[0009]（2）本专利技术所合成的光催化剂相对于由单一前驱体合成的三嗪基晶相氮化碳具有更大的晶体颗粒和更高的结晶度，能够较大程度地减少氮化碳的表面缺陷，有利于光生电荷的分离和传输，从而实现高效驱动光催化全分解水制取氢气。
[0010]（3）本专利技术整个制备工艺程序简单易于控制，且能耗和成本低，符合实际生产需要，有利于大规模推广。
附图说明
[0011]图1为实施例3所得的氮化碳光催化剂的扫描电镜图。
[0012]图2为实施例1
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5所得的氮化碳光催化剂的粉末X射线衍射谱对比图。
[0013]图3为实施例3与对比例1和对比例2所得的氮化碳光催化剂的粉末X射线衍射谱对比图。
[0014]图4为实施例3所得的氮化碳光催化剂的傅里叶变换红外光谱图。
[0015]图5为实施例3所得的氮化碳光催化剂的高分辨透射电镜图。
[0016]图6为实施例3所得的氮化碳光催化剂的紫外
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可见光漫反射谱图。
[0017]图7为实施例1
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5所得的氮化碳光催化剂的光催化全分解水活性的比较图。
[0018]图8为实施例3与对比例1和对比例2所得的氮化碳光催化剂的光催化全分解水活性比较图。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0020]实施例1（1）按摩尔比2:1称取三聚氰胺和三聚氰酸，研磨混合均匀，将混匀的前驱体与氯化锂、氯化钠按质量比10:33:17研磨混合均匀并填装在安瓿瓶中，然后在氮气气氛、400℃条件下煅烧6小时得到预烧产物；（2）将步骤（1）得到的装有预烧产物的安瓿瓶进行抽真空并密封，然后在550℃条件下煅烧12小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到三嗪基晶相氮化碳光催化剂。
[0021]实施例2（1）按摩尔比1.5:1称取三聚氰胺和三聚氰酸，研磨混合均匀，将混匀的前驱体与氯化锂、氯化钠按质量比10:33:17研磨混合均匀并填装在安瓿瓶中，然后在氮气气氛、400℃条件下煅烧6小时得到预烧产物；（2）将步骤（1）得到的装有预烧产物的安瓿瓶进行抽真空并密封，然后在550℃条件下煅烧12小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到三嗪基晶相氮化碳光催化剂。
[0022]实施例3（1）按摩尔比1:1称取三聚氰胺和三聚氰酸，研磨混合均匀，将混匀的前驱体与氯化锂、氯化钠按质量比10:33:17研磨混合均匀并填装在安瓿瓶中，然后在氮气气氛、400℃
条件下煅烧6小时得到预烧产物；（2）将步骤（1）得到的装有预烧产物的安瓿瓶进行抽真空并密封，然后在550℃条件下煅烧12小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到三嗪基晶相氮化碳光催化剂。
[0023]实施例4（1）按摩尔比1:1.5称取三聚氰胺和三聚氰酸，研磨混合均匀，将混匀的前驱体与氯化锂、氯化钠按质量比10:33:17研磨混合均匀并填装在安瓿瓶中，然后在氮气气氛、400℃条件下煅烧6小时得到预烧产物；（2）将步骤（1）得到的装有预烧产物的安瓿瓶进行抽真空并密封，然后在550℃条件下煅烧12小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到三嗪基晶相氮化碳光催化剂。
[0024]实施例5（1）按摩尔比1:2称取三聚氰胺和三聚氰酸，研磨混合均匀，将混匀的前驱体与氯化锂、氯化钠按质量比10:33:17研磨混合均匀并填装在安瓿瓶中，然后在氮气气氛、400℃条件下煅烧6小时得到预烧产物；（2）将步骤（1）得到的装有预烧产物的安瓿瓶进行抽真空并密封，然后在550℃条件下煅烧12小时，降温后水洗除去熔盐，再经干燥得到三嗪基晶相氮化碳光催化剂。
[0025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三嗪基晶相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于：以三聚氰胺和三聚氰酸为前驱体，经热聚合反应及高温熔盐法处理，合成三嗪基晶相氮化碳光催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将三聚氰胺和三聚氰酸混合均匀，作为前驱体，加入熔盐，研磨均匀，热处理得到预烧产物，抽真空后煅烧，得到所述的三嗪基晶相氮化碳光催化剂。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为2:1~1:2；前驱体和熔盐的质量比为1:1~1:15；所述的熔盐为氯化锂和氯化钠；热处理温度为400
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【专利技术属性】
技术研发人员：王心晨，张贵刚，叶贵，汪思波，侯乙东，潘志明，郑丹丹，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：