利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法及其应用技术

本发明专利技术属于光催化技术领域，具体涉及一种利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法及其应用。以60％NaNO3+40％KNO3二元太阳盐为熔融盐，富含C、N元素的前驱体，采用低温热聚合法制备PCN材料。利用太阳盐在300

【技术实现步骤摘要】
利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化
，具体涉及一种利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法及其应用。

技术介绍

[0002]众所周知，聚合物氮化碳(PCN)是一种典型的二维共轭聚合物材料，作为一种无金属催化剂在可见光催化裂解水制氢、光催化降解污染物、传感、成像及能源转换等诸多领域得到广泛应用。
[0003]目前PCN的制备方法主要包括热聚合法、固相化学法、电化学沉积法、溶剂热法等，主要以富含C、N元素的不同前驱体制备而成，但以上制备方法均存在制备条件复杂、反应条件苛刻、后处理困难等缺点，且制备出的PCN材料普遍存在结晶性差、比表面积低、光催化活性弱等缺点。
[0004]例如，现有技术中，以三聚氰胺、尿素、硫脲等作为前驱体，需要在500
‑
600℃高温条件下热聚合制备PCN材料。该法温度较高且制备的PCN材料结晶性差、光生载流子复合严重、光响应范围较窄等缺陷，导致其难以满足实际光催化反应应用；
[0005]最近，采用熔盐法制备PCN材料以提高PCN材料的结晶性已成为研究热点，例如采用LiCl/KCl熔盐和三聚氰胺共混，在500
‑
600℃高温条件下直接热聚合制备出富含K
+
掺杂的高结晶性PCN材料，但此法所用Li盐操作繁琐，反应温度依然较高，不利于实际生产利用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中PCN的制备方法存在条件苛刻、后处理繁琐、产物结晶性差、可见光吸收弱等问题，本专利技术提供一种利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法及其应用，利用太阳盐在300
‑
400℃低温下可制备出高结晶性、高可见光响应能力、高载流子分离能力的PCN光催化剂。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]以60％NaNO3+40％KNO3二元太阳盐为熔融盐，富含C、N元素的有机物为前驱体，采用低温热聚合法制备PCN材料。
[0009]其中，C、N元素前驱体和太阳盐的质量比为1
‑
10：1。
[0010]C、N元素前驱体和太阳盐的质量比优选为5：1。
[0011]富含C、N元素的前驱体为尿素(缩写为U)、三聚氰胺(缩写为M)、硫脲(缩写为S)或二氰二胺(缩写为D)。
[0012]所制备的PCN材料分别标记为U
‑
PCN、M
‑
PCN、S
‑
PCN、D
‑
PCN。
[0013]富含C、N元素的前驱体优选尿素或硫脲。
[0014]热聚合反应温度300
‑
400℃；热聚合反应时间30min
‑
240min。
[0015]反应时间过低，产物聚合度低，光催化活性低；反应时间过长，结晶度变差，结构进一步被破坏；
1s精谱，图2b可以看出，二者反应后，U
‑
PCN
‑
NaK结构中引入了氰基官能团，可有效吸附和活化反应分子；图2c可以看出，和U
‑
PCN相比，U
‑
PCN
‑
NaK N1s结合能均朝低结合能偏移，表明二者之间产生强的相互作用。
[0038]图3为U
‑
PCN
‑
NaK样品的HRTEM像，可以看出U
‑
PCN
‑
NaK的平均晶格条纹距离分别为0.901和0.332nm，这对应于PCN平面单元上七嗪单元(100)的重复堆积距离和不规则有序的(002)石墨层堆积距离。
[0039]得到光催化剂U
‑
PCN
‑
NaK375℃用于光催化制备H2O2，具体过程为：称取光催化剂0.1g置于硼硅酸盐玻璃瓶中(直径：φ60mm；容量100mL)，加45mL去离子水和5mL甲醇并用橡胶隔膜密封瓶口。将反应溶液超声分散15min后通入氧气30min。最后，将密封的反应瓶置于25
±
0.5℃的空气浴中，在磁力搅拌下以顶部照射形式照射数小时(λ>420nm，300W Xe灯(PXE
‑
500，泊菲莱)。每间隔一定时间，从反应瓶中抽取1mL反应液，经离心过滤后通过使用PACKTEST光谱仪(WAK
‑
H2O2,日本Kyoritsu化学检测实验室)测定H2O2浓度。
[0040]采用上述相同方法测试U
‑
PCN、U
‑
PCN
‑
NaK
‑
325℃、U
‑
PCN
‑
NaKU
‑
PCN
‑
NaK
‑
350℃、U
‑
PCN
‑
NaK
‑
400℃、U
‑
PCN
‑
Na
‑
375℃、U
‑
PCN
‑
K
‑
375℃样品的H2O2浓度。
[0041]采用上述相同方法测试光催化剂加入量0.01g、0.05g、0.2g时的H2O2浓度。
[0042]U
‑
PCN
‑
NaK375℃光催化剂还用于光催化产氢，具体过程为：光催化产氢是在顶照式圆柱形玻璃反应器(250mL，直径
×
高度＝10cm
×
10cm)中进行，光源为配有λ≥420nm滤光片的300W Xe灯。具体实验步骤如下：称取0.0200g催化剂分散在50.0mL含有5.00mL三乙醇胺(TEOA)(阿拉丁，A.R.)水溶液中；将0.123mL(13mg ml
‑1)H2PtCl
·
6H2O(阿拉丁，99.9％)加入到反应体系中，用原位光沉积法制备含3％Pt的HER共催化剂。反应体系外接循环冷凝水，保持温度6℃，系统密闭后抽真空30min以除去其中的空气。开启光源进行光催化反应，光催化还原水产生的H2用FULI GC9790Plus气相色谱仪在线定量分析，TCD检测器，5A分子筛色谱柱，Ar载气。
[0043]实施例2
[0044]称取10g尿素和2g太阳盐，均匀研磨10分钟，放入密闭式坩埚中置于马弗炉，以2℃/min的升温速率升到350℃，反应2小时。待冷却后，取80℃热水连续洗涤至上清液电导率值低于10，于80℃真空干燥12h，得到光催化剂U
‑
PCN
‑
NaK
‑
350℃。
[0045]实施例3
[0046]称取10g尿素和2g太阳盐，均匀研磨10分钟，放入密闭式坩埚中置于马弗炉，以2℃/min的升温速率升到325℃，反应2小时。待冷却后，取80℃热水连续洗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法，其特征在于，所述方法为：以60％NaNO3+40％KNO3二元太阳盐为熔融盐，富含C、N元素的前驱体，采用低温热聚合法制备高结晶性聚合物氮化碳PCN材料。2.根据权利要求1所述的利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法，其特征在于，富含C、N元素的前驱体为尿素、三聚氰胺、硫脲或二氰二胺。3.根据权利要求1所述的利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法，其特征在于，C、N元素前驱体和太阳盐的质量比为1
‑
10：1。4.根据权利要求1所述的利用太阳盐低温制备高结晶性聚合物氮化碳的方法，其特征在于，热聚合反应温度300
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400℃，热聚合反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤杰，张启涛，李谨，李露，李俊青，
申请(专利权)人：常州工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：