一种含有七嗪制造技术

本发明专利技术属于光催化剂技术领域，特别涉及一种含有七嗪

【技术实现步骤摘要】
一种含有七嗪/三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于光催化剂
，特别涉及一种含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂的制备方法及应用
。

技术介绍

[0002]氢能具有燃烧热值高
、
可再生
、
环境友好等优点而备受关注，是世界能源舞台上举足轻重的力量之一
。
相较于煤气化制氢和甲烷重整制氢技术，光催化水解制氢技术以清洁的太阳光为能量，反应条件温和，是制氢的理想途径，其关键在于高效光催化剂的开发
。
与传统金属基半导体光催化剂
(
如
TiO2、CdS、Ni2P、InN
等
)
相比，石墨相氮化碳
(g
‑
C3N4)
作为非金属半导体材料，具有制备简单
、
结构可调
、
物理化学性质稳定等优点备受关注
。
但由于其较长的载流子扩散距离以及不可避免的结构缺陷导致光生电子
‑
空穴对在体内或表面的快速复合，极大地限制了能够到达表面进行有效氧化还原反应的载流子
。
因此，提高电荷分离效率以增强光催化活性是满足其实际应用的迫切需要
。
[0003]构建异质结是提升氮化碳材料光催化活性的有效手段，它可以引入内建电场，有利于光生电子
‑
空穴对在两种半导体材料界面上聚集和分离，从而提高光量子效率
。g
‑
C3N4与其他半导体耦合是构建异质结的常用方法，其中静电引力或范德华相互作用对于构筑异质结两种组分的结合起着重要作用
。
然而，两种半导体材料的类型
、
能带结构和物理化学性质的差异会影响其相容性和组合强度，往往导致异质结稳定性不佳
。
因此，利用具有物理化学相似性的相同材料，尤其是同一材料的不同相，可以从分子水平上构筑同质结，保证两相之间的紧密接触的同时消除不必要的界面缺陷
。
[0004]g
‑
C3N4有两种构型，分别是三嗪环或七嗪环为基本重复单元的构型，这两种构型的氮化碳具有相似的物理化学性质，将该两种不同构型的碳化谈材料构建同质结，可以在保证界面稳定的同时有效促进载流子分离，提升材料光催化活性
。
然而，该类同质结，尤其是七嗪
/
三嗪比例可控调节的同质结构筑鲜有报道
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有氮化碳光催化剂的光生载流子分离效率低
、
光催化效率不理想
、
以及传统氮化碳基异质结稳定性差的问题
。
从而提供一种含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂的制备方法及应用，制备的同质结结构的氮化碳半导体光催化剂具有多孔
、
高电荷分离效率
、
高光解水制氢催化活性的优势
。
[0006]制备方法为：
[0007](1)
将三聚氰胺
(M)
粉末于保护气体气氛中升温至
400℃
～
450℃
下煅烧8～
16h
形成蜜勒胺
(melem)
；
[0008](2)
将步骤
(1)
中得到的蜜勒胺加入到浓
HCl
水溶液中超声并振荡分散充分，从中分离出固体后，用去离子水对所得固体洗涤至中性，并经过过滤
、
干燥得到蜜勒胺超分子
(Me)
；
[0009](3)
将三聚氰胺
、
步骤
(2)
中得到的蜜勒胺超分子
、
熔融盐混合充分后，于
500℃
～
600℃
下煅烧2～
6h
，冷却并用去离子水充分洗涤，从而得到含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂
(THCN
‑
M
x
Me
y
，其中，
x、y
分别为步骤
(3)
中加入的三聚氰胺和蜜勒胺超分子的质量份数
)。
[0010]作为优选：步骤
(1)
中，升温速率为
5℃
·
min
‑1。
[0011]作为优选：步骤
(1)
中，煅烧形成的块状的蜜勒胺冷却后，将其研磨成细粉，为浅黄色粉末
。
[0012]作为优选：步骤
(2)
中，蜜勒胺与浓
HCl
水溶液的比例为
40g/L。
[0013]作为优选：步骤
(3)
中，熔融盐为
KCl
和
LiBr
的混合物
。
[0014]作为优选：步骤
(3)
中，将三聚氰胺
、
步骤
(2)
中得到的蜜勒胺超分子
、
熔融盐混合充分后，转移至马弗炉中并以
5℃
·
min
‑1的升温速率升温至
500℃
～
600℃
下进行煅烧
。
[0015]本专利技术还提供了一种上述方法制备的含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂在光解水制氢方面的应用
。
[0016]作为优选：光解水前，以氯铂酸为
Pt
源，于光催化剂上光沉积形成
Pt
作为助催化剂，光解水温度为
25℃。
[0017]进一步地：
Pt
为半导体光催化剂的
3wt
％
。
[0018]作为优选：光解水过程中，以三乙醇胺
TEOA
作为牺牲剂
。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]步骤
(2)
中用盐酸对蜜勒胺进行质子化，通过插层使其剥离，实现均匀分散后，再对蜜勒胺进行水洗去除盐酸的过程中，均匀分散的蜜勒胺之间通过氢键连接，自组装形成棒状结构的高纯度蜜勒胺超分子
(
如附图
2、3)
，
Zeta
电位测试结果显示此时蜜勒胺超分子表面几乎为电中性，与直接煅烧获得的初始蜜勒胺一致，说明分子末端仍然为氨基，且基团上面的
H
原子与另一蜜勒胺分子边上的
N
原子间通过氢键相连
。
后续焙烧该超分子所得到的氮化碳具有多孔结构，比表面积大，有利于光吸收，同时该超分子优异的热稳定性，使得形成的氮化碳微观骨架结构更为有序，完整度更高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法为，
(1)
将三聚氰胺粉末于保护气体气氛中升温至
400℃
～
450℃
下煅烧8～
16h
形成蜜勒胺；
(2)
将步骤
(1)
中得到的蜜勒胺加入到浓
HCl
水溶液中超声并振荡分散充分，从中分离出固体后，用去离子水对所得固体洗涤至中性，并经过过滤
、
干燥得到蜜勒胺超分子；
(3)
将三聚氰胺
、
步骤
(2)
中得到的蜜勒胺超分子
、
熔融盐混合充分后，于
500℃
～
600℃
下煅烧2～
6h
，冷却并用去离子水充分洗涤，从而得到含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂
。2.
如权利要求1所述的含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤
(1)
中，所述升温速率为
5℃
·
min
‑1。3.
如权利要求1所述的含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤
(1)
中，煅烧形成的块状的所述蜜勒胺冷却后，将其研磨成细粉
。4.
如权利要求1所述的含有七嗪
/
三嗪同质结结构的氮化碳半导体光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤
(2)
中，所述蜜勒胺与所述浓
HCl
水溶液的比例为
40g/L。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：夏佳伟，陈海群，何光裕，周仕龙，何玉铭，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：