用于析氢反应制乙烯的单原子光催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于析氢反应制乙烯的单原子光催化剂及制备方法和应用，在片状的氮化碳聚合物

【技术实现步骤摘要】
用于析氢反应制乙烯的单原子光催化剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种在光催化领域中应用的单原子光催化剂及其制备方法，属于光催化剂

。

技术介绍

[0002]化石能源的大量使用造成了严重的能源危机和环境污染，是制约人类社会发展的重大问题
。
开发可再生清洁能源是解决此类问题的重要手段
。
在诸多新能源中，太阳能以其巨大的体量
、
广泛的分布引起了广泛关注
。
光催化反应是实现太阳能向化学能转化的具体手段，从本质上来说是一种利用太阳能在光催化剂上进行的氧化还原反应
。
光催化反应是由光催化剂驱动，并在光催化剂上发生的，光催化剂是实现能量转化的枢纽
。
在人工领域，为实现太阳能向化学能转化这一过程，可在光催化剂的驱动下通过光催化反应将稳定的低能物质
(H2O
，
CO2，
N2等
)
转化为
H2、CO、NH3、
醇类
、
烃类
(
包括汽油
、
柴油等液体燃料
)、
醛类等能源物质或化工原料
。
这些物质可直接用于目前已有的工业设备与动力装置，在未来有着巨大的应用潜力，成为能源领域的研究热点
。
[0003]目前，光催化的总体效率还很低，在析氢反应方面产乙烯涉及到
C
‑
C
偶联和有机团脱氢，是十分复杂困难的
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种应用于析氢反应制乙烯的单原子光催化剂及其制备方法，所述催化剂既可以在析氢反应中制氢气，又可以在析氢反应中制乙烯，并且金不是以团簇的形式存在，而是以独立的原子形式锚定在载体上，极大的提高了原子利用率
。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种单原子光催化剂及制备方法，在片状的氮化碳聚合物
(PCN)
上负载金得到
Au
h
/PCN
，通过水浴刻蚀的方法制得单原子催化剂
Au1/PCN。
[0006]较佳的，采用热力学刻蚀方法合成片状的氮化碳聚合物
(PCN)。
[0007]较佳的，采用光沉积方法在片状氮化碳聚合物
(PCN)
上负载金得到
Au
h
/PCN。
[0008]较佳的，通过水浴刻蚀的方法制得单原子催化剂
Au1/PCN
，具体步骤为：将
Au
h
/PCN
和
CuCl2置于二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，在温度
60
～
80℃
转速
400
～
600r
的条件下保持6～
10h
，洗涤
、
干燥
。
[0009]本专利技术还提供了上述单原子光催化剂在析氢反应制备乙烯中的用途
。
[0010]本专利技术所制得的氮化碳聚合物负载金单原子催化剂具有以下优点：
[0011]1、
催化剂载体选用片状的氮化碳聚合物，廉价易得制作成本低，具有较高的比表面积，更宽的带隙，利于提供更多的活性位点，促进载流子的分离与迁移
。
[0012]2、
催化剂的制备方法操作简单，无需复杂设备，条件温和，制备过程简便可控
。
[0013]3、
催化剂应用于析氢反应，牺牲剂为甲醇时，产物一般为氢气
、
甲烷，难以生成乙烯，而此催化剂可以促进乙烯的生成并且与同类催化剂相比，乙烯生成的量较多
。
[0014]4、
催化剂参与析氢反应后，在适宜的反应条件下，可获得较高的产率且催化剂参
[0028]实施例2其它步骤同实施例1，不同的是步骤
(2)
中不负载金，即：步骤
(2)
中，将
25ml H2O、25ml
甲醇
(CH3OH)
和
100mg PCN
放于一个透明的玻璃反应容器中，然后在超声作用下使其充分溶解
。
玻璃反应器置于可见光中在室温条件下照射
14h
左右
。
离心分离样品，用去离子水洗三次
。
然后
70℃
干燥一夜，最终形成催化剂粉末，标记为催化剂2，催化性能见表
2。
[0029]实施例3[0030]实施例3其它步骤同实施例1，不同的是不进行水浴刻蚀即省略步骤
(3)
，所得催化剂粉末标记为催化剂3，催化性能见表
2。
[0031]实施例4[0032]实施例4其它步骤同实施例1，不同的是将片状氮化碳聚合物
(PCN)
改为二氧化钛
(TiO2)
，所得催化剂粉末标记为催化剂4，催化性能见表
2。
[0033]实施例5[0034]实施例5其它步骤同实施例1，不同的是将负载的金属从金
(Au)
转变为钯
(Pd)
，具体操作步骤如下：
[0035](1)
片状氮化碳聚合物
(PCN)
的制备同实施例
1。
[0036](2)
大量
Pd
负载于
PCN
形成
Pd
h
/PCN
：
10ml H2O、200mg PdCl2和
1g NaCl
放入
50ml
的烧杯中，超声
10min
使之完全混合
。
转移至搅拌台，室温条件下搅拌
2h
，加入
100mg
氮化碳聚合物
(PCN)
，以
80℃
保持
15h。
然后混合溶液通过旋转蒸发仪干燥，获取样品，再分散于
20ml H2O
中，倒入一个密封的透明容器，在真空状态和可见光照射下保持
18h。
离心获取样品，去离子水洗三次，真空中
80℃
保持
12h
，形成
Pd
h
/PCN
粉末
。
[0037](3)Pd
h
/PCN
选择性刻蚀形成
Pd1/PCN
：
1.5g KBr、500mg FeCl3和
25ml H2O
放入
50ml
的烧杯中，在超声条件下加入
25mg Pd
h
/PCN。
然后加入
10ml
盐酸
(1M)。
将混合物加热到
97℃
，并在此温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，在片状的氮化碳聚合物
PCN
上负载金得到
Au
h
/PCN
，通过水浴刻蚀的方法制得单原子催化剂
Au1/PCN。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用热力学刻蚀方法合成片状的氮化碳聚合物
PCN。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用光沉积方法在片状氮化碳聚合物
PCN
上负载金得到
Au
h
/ PCN。4.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过水浴...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚二军，孟欣，李盎，刘煊，霍海玲，王童宇，巨强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：