一種無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于材料制備及光催化【技術(shù)領(lǐng)域】。以三聚氰氯、硫氰酸鉀和氯化鋰為前軀體合成氮化碳光催化劑。本發(fā)明制備的光催化劑具有窄帶隙、高量子效率，在鉑作為助催化劑，三乙醇胺作為犧牲劑，>300nm的光照條件下，其光催化產(chǎn)氫活性已經(jīng)超過(guò)商品化的二氧化鈦光催化劑P25。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低，符合實(shí)際生產(chǎn)需要，具有較大的應(yīng)用潛力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備及光催化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的消耗量也越來(lái)越大。目前主要的能源供應(yīng)來(lái)自化石燃料，例如煤和石油。這些化石燃料的儲(chǔ)量是有限的，并且化石燃料的大量使用已經(jīng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。氫氣由于其能量密度高，燃燒后不會(huì)產(chǎn)生任何污染性氣體，因此被視為是未來(lái)的理想能源。目前氫氣的來(lái)源主要是化石燃料的裂解以及電解水，生產(chǎn)工序較為復(fù)雜，成本較高。光催化分解水制氫氣技術(shù)是利用太陽(yáng)能以及光催化劑分解水制取氫氣的技術(shù)，具有成本低廉，設(shè)備裝置簡(jiǎn)單，環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)制取氫能源的重要途徑之一。光催化分解水制氫氣技術(shù)的核心是尋找合適的光催化劑。
[0003]傳統(tǒng)的光催化劑一般都含有金屬甚至是貴金屬，不利于大規(guī)模應(yīng)用。部分光催化劑還存在只能響應(yīng)紫外光，光腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題。近年來(lái)，石墨相氮化碳作為一種非金屬環(huán)境友好型的光催化劑引起了人們的廣泛興趣，它在光解水制氫氣(他丨.1社61'-2009，8，76〉、光降解有機(jī)污染物(八如.2009，21，1609)和有機(jī)光合成(工—.0116111.800.2010，132，16299)等方面有著廣泛的應(yīng)用。但是，使用傳統(tǒng)方法制備出來(lái)的氮化碳光催化劑存在聚合不完全，氨基殘留量較多，不能充分利用太陽(yáng)光，量子效率較低等問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，制得的氮化碳光催化劑具有較高的太陽(yáng)光利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的光催化分解水產(chǎn)氫反應(yīng)。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、光催化劑活性高等優(yōu)點(diǎn)，符合實(shí)際生產(chǎn)需要，具有較大的應(yīng)用潛力。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑:以三聚氰氯、硫氰酸鉀和氯化鋰為前軀體，合成的氮化碳比表面積為10-200 非晶態(tài)物質(zhì)，能夠有效分離光生載流子。
[0006]一種制備如上所述的無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑的方法，包括以下步驟:
(1)將前軀體三聚氰氯、硫氰酸鉀、氯化鋰按摩爾比為1:3:4.32研磨混合均勻；
(2)將步驟(1)得到的固體粉末在氮?dú)鈿夥障?50飛501煅燒，得到氮化碳光催化劑。
[0007]所述的無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑用于光催化分解水制取氫氣。
[0008]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:采用不含氫的前軀體合成氮化碳光催化劑，原位生成的氯化鉀和額外加入的氯化鋰作為高溫“溶劑”來(lái)調(diào)控氮化碳光催化劑的微觀形貌，首次將氮化碳光催化劑的吸收邊延伸至60011111以上，具有較高的光催化產(chǎn)氫活性。整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易于控制，能耗低，成本低，符合實(shí)際生產(chǎn)需要，有利于大規(guī)模推廣。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為實(shí)施例2所得的氮化碳光催化劑的粉末X射線衍射譜圖。
[0010]圖2為實(shí)施例2所得的氮化碳光催化劑的傅里葉變換紅外光譜圖。
[0011]圖3為實(shí)施例2所得的氮化碳光催化劑的紫外-可見(jiàn)光漫反射譜圖。
[0012]圖4為實(shí)施例3所得的氮化碳光催化劑的掃描電鏡圖。
[0013]圖5為實(shí)施例3所得的氮化碳光催化劑與體相氮化碳光催化劑的光催化分解水產(chǎn)氫活性比較圖。
[0014]圖6為實(shí)施例3所得的氮化碳光催化劑與商品化二氧化鈦光催化劑？25的光催化分解水產(chǎn)氫活性比較圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]以下是本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0016]實(shí)施例1
首先稱(chēng)取摩爾比為1:3:4.32的三聚氰氯、硫氰酸鉀和氯化鋰，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下研磨混合均勻。將研磨混合均勻的固體粉末放置到含蓋的氧化鋁坩堝中，在氮?dú)鈿夥?、溫度?001條件下煅燒4小時(shí)。自然冷卻后取出樣品研磨成粉末狀，即得到含鹽的氮化碳光催化劑。
[0017]實(shí)施例2
首先稱(chēng)取摩爾比為1:3:4.32的三聚氰氯、硫氰酸鉀和氯化鋰，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下研磨混合均勻。將研磨混合均勻的固體粉末放置到含蓋的氧化鋁坩堝中，在氮?dú)鈿夥?、溫度?001的條件下煅燒4小時(shí)。自然冷卻后取出樣品研磨成粉末狀，使用去離子水煮沸、抽濾并且烘干，即得到除去鹽的氮化碳光催化劑。
[0018]實(shí)施例3
首先稱(chēng)取摩爾比為1:3:4.32的三聚氰氯、硫氰酸鉀和氯化鋰，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下研磨混合均勻。將研磨混合均勻的固體粉末放置到含蓋的氧化鋁坩堝中，在氮?dú)鈿夥?、溫度?501的條件下煅燒4小時(shí)。自然冷卻后取出樣品研磨成粉末狀，即得到含鹽的氮化碳光催化劑。
[0019]圖1為實(shí)施例2所得的氮化碳光催化劑的粉末X射線衍射譜圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)所制備的氮化碳光催化劑為非晶態(tài)物質(zhì)。
[0020]圖2為實(shí)施例2所得的氮化碳光催化劑的傅里葉變換紅外光譜圖。該圖表明氮化碳光催化劑的成功合成。圖中800 (311^^ 1200^1600 (^!—1區(qū)間的信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于嗪環(huán)的呼吸振動(dòng)和芳香性⑶雜環(huán)的伸縮振動(dòng)。在2170⑽―1附近的信號(hào)歸屬于樣品中的氰基。
[0021]圖3為實(shí)施例2所得的氮化碳光催化劑的紫外-可見(jiàn)光漫反射譜圖。從圖中可以看出5001下煅燒出的樣品的吸收邊在65011111附近。
[0022]圖4為實(shí)施例3所得的氮化碳光催化劑的掃描電鏡圖。從圖中可以看出5501下煅燒出的樣品呈珊瑚狀。
[0023]圖5為實(shí)施例3所得的氮化碳光催化劑與體相氮化碳光催化劑分解水制取氫氣的活性比較圖。50呢光催化劑及反應(yīng)試劑(含10 ^01.%的100此三乙醇胺水溶液，使用只2？比16原位光沉積代，即3于上照式反應(yīng)器里進(jìn)行反應(yīng)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)制備的產(chǎn)物在可見(jiàn)光下(氙燈3001，截止片入? 420鹽)的產(chǎn)氫速率達(dá)到383她01/11，與使用二聚氰胺作為前軀體在5501下煅燒得到的體相氮化碳光催化劑(14 9 001/10相比產(chǎn)氫速率提高了 27倍。
[0024]圖6為實(shí)施例3所得的氮化碳光催化劑與商品化二氧化鈦光催化劑？25的光催化分解水產(chǎn)氫活性比較圖。50呢光催化劑及反應(yīng)試劑(含10 ^01.%的100此三乙醇胺水溶液，使用4？比16原位光沉積代，即3于上照式反應(yīng)器里進(jìn)行反應(yīng)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)制備的產(chǎn)物在氙燈(3001)光源照射下產(chǎn)氫速率達(dá)到687高于商品化二氧化鈦光催化劑？25 (436觸1/10。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的前軀體用量比例、煅燒溫度的變化，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑，其特征在于:以三聚氰氯、硫氰酸鉀和氯化鋰為前軀體合成氮化碳光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑，其特征在于:合成的氮化碳化學(xué)式為C3N4，類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)，比表面積為10-200 m2/g，吸收邊在450_700nm。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的氮化碳光催化劑的方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)將前軀體三聚氰氯、硫氰酸鉀、氯化鋰按摩爾比為1:3:4.32研磨混合均勻； (2)將步驟(I)得到的固體粉末在氮?dú)鈿夥障?5(T650°C煅燒，得到氮化碳光催化劑。
4.一種如權(quán)利要求1所述的氮化碳光催化劑的應(yīng)用，其特征在于:所述的無(wú)氫前軀體合成的氮化碳光催化劑用于光催化分解水制取氫氣。
【文檔編號(hào)】B01J27/24GK104399509SQ201410738727
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】王心晨, 林勵(lì)華, 任禾 申請(qǐng)人:福州大學(xué)