一种光催化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材料及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
一种光催化材料及其制备方法与应用


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

技术介绍

[0002]自
1972
年
Fujishima
和
Honda
在
TiO2电极上发现水光解以来，利用阳光
、
水和半导体产生氢气的光催化水分解引起了广泛关注，因为它有望成为解决全球能源和环境问题的可持续和清洁的替代方案
。
实现太阳能制氢的关键是开发稳定
、
高效和廉价的光催化剂，这些催化剂能够在可见光光谱中工作，可见光占地球上入射太阳辐射的
50
％左右
。
在过去的几十年里，人们一直致力于可见光响应光催化剂的开发，包括改性
TiO2和其他金属氧化物
、
金属
(
氧
)
硫化物
。
还有金属
(
氧
)
氮化物
。
同时，其他太阳能换能器也得到了研究，包括使用有机合成方法制备的易于加工和精细可调谐电子结构的共轭聚合物
。
然而，大多数传统的共轭半导体在有水和空气存在的情况下会受到光照射的化学腐蚀
。
石墨化碳
(g
‑
C3N4)
聚合物是二元氮化碳材料在环境条件下最稳定的同素异形体，由于其独特的物理化学性质，于
2009
年成功用作无金属可见光催化剂
。
因此，这种光催化剂在太阳能到化学能的转化过程中得到了积极的研究，如水制氢
、
二氧化碳转化和有机选择性合成
。
[0003]然而，未经结构和性能优化的纯石墨化碳
(g
‑
C3N4)
聚合物仅具有微弱的活性，特别是由于光吸收有限，载流子快速重组和低表面积
。
大多数石墨化碳聚合物仍然受到适度激子分裂的限制，导致部分载流子复合
。
这是因为共价石墨化碳聚合物与大多数其他聚合物半导体一样，通常显示出高激子结合能
。
考虑到
g
‑
C3N4
的结构特点，通过有机化学途径在
CN
网络中嫁接有机单体确实是可行的
。
在
CN
网络框架中引入芳香基序导致
π
电子的离域增强，从而显著改善光吸收和光催化析氢
(PHE)。
此外
、
熔融盐作为溶剂和模板来加速聚合过程并进一步调整结构和性能已被广泛认为是一种可行的方法来合成性能良好的材料，特别是金属和离子化合物
。
[0004]由此，提出了一种以盐熔体为高温溶剂，由含氮有机前驱体与含芳香基序有机单体自缩合合成含缺陷结构
、
离域性增强的
g
‑
C3N4的新方法
。
这项工作为提高
g
‑
C3N4的光催化活性提供了新的思路
。

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]所述光催化材料的应用
。
[0011]本专利技术还提出一种光催化材料在可见光下光分解水制氢反应中的应用
。
[0012]本专利技术还提出一种光催化材料在磷酸氢二钾环境下光分解水制氢反应中的应用
。
[0013]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：
[0014]一种光催化材料，所述光催化材料包括以下原料：
[0015]含氮有机物
、
含金属阳离子的熔盐与
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐
。
[0016]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：
[0017]在石墨相碳化氮
(g
‑
C3N4)
结构中引入了有机单体
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐
(TAB)
，使得
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐
(TAB)
嫁接于氮化碳网络结构，嫁接过程中形成的共价键与静电相互作用可以改善电子在材料内部的传输
。
这意味着光激发的电子可以更有效地在材料中传播，从而增强光催化反应的效率；嫁接过程中形成的相互作用有助于将电子和空穴隔离开来，减少它们之间的复合，从而提高光生电子
‑
空穴分离的效率；嫁接过程形成的稳定结构可以防止
g
‑
C3N4在光催化反应中的结构破坏或溶解，增强材料的稳定性
。
[0018]在该网络结构中，
‑
C≡N、
氮缺陷以及
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐
(TAB)
结构中的芳香环均能使得所述光催化材料的
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
。
由于
TAB
中含有氨基基团，它能够吸收更宽波长范围的光，从紫外到可见光，这增加了材料对光的吸收效率
。
[0019]所述光催化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，从而显著改善材料在可见光和磷酸氢二钾下的
H2演化效率
。
[0020]此外，并不是常规的氨基苯盐或某有机单体皆可以实现与
g
‑
C3N4的有效结合，引入常规的氨基苯盐或某有机单体可能不会像
TAB
一样有效地增强光吸收能力
、
电子传输效率和光生电子
‑
空穴分离率
。
此外，可能会导致材料的稳定性降低，影响光催化性能
。
因此，在设计光催化材料时，选择适合的有机单体嫁接到
g
‑
C3N4结构上是非常重要的，需要综合考虑结构相容性和相互作用效果，以实现最佳的光催化性能
。
[0021]根据本专利技术的一种实施方式，所述
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐
(TAB)
在所述光催化材料中的质量占比为
0.2
％～
0.3
％
。
[0022]所述
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐
(TAB)
在所述光催化材料中的质量占比的不同，会影响所述光催化材料的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光催化材料，其特征在于：所述光催化材料包括以下原料：含氮有机物
、
含金属阳离子的熔盐与
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐
。2.
根据权利要求1所述的一种光催化材料，其特征在于：所述含氮有机物与所述
1,3,5
‑
三氨基苯三盐酸盐的重量份比为
10000
‑
12000:2
‑
3。3.
根据权利要求1所述的一种光催化材料，其特征在于：所述含氮有机物与所述含金属阳离子的熔盐的重量份比为
1000
‑
1200:2
‑
3。4.
根据权利要求1所述的一种光催化材料，其特征在于：所述含氮有机物包括尿素
、
甲酰胺
、
乙酰胺
、
苯甲酰胺
、
乙腈
、
丙腈
、
苯腈
、
嘧啶
、
脲醛
、
氰胺酸
、
聚氮化苯
、
吡咯烷酮和硝基甲烷中的至少一种
。5.
根据权利要求1所述的一种光催化材料，其特征在于：所述含金属阳离子的熔盐包括氯化钠
‑
钾熔盐
、
氯化钾
‑
锂熔盐
、
氯化钠
‑

【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：