[發明專利]片狀結構上嵌碳納米粒子的氮化碳光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201610071006.7
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105597807B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 孫再成;曲丹;王明華;許嘉偉
• 申請（專利權）人: 江蘇視科新材料股份有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/02;B01J21/18
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉茵

一種片狀結構上嵌碳納米粒子的氮化碳光催化劑的制備方法，該制備方法包括：將碳水化合物與氮化碳前體按質量比為(1?200)/10000的比例混合；將混合物程序升溫至500?650℃進行焙燒，升溫速度控制在1?7℃/小時，焙燒1～3小時。該方法制備的氮化碳光催化劑對可見光光催化活性可以拓展到600nm，其光催化性能優異，且制備方法簡單、材料易得、成本低廉，適用于光催化環境治愈、空氣凈化、水分解制氫和氧氣、人工模擬光合作用等領域。

技術領域

本發明涉及一種具有高效光催化性能的無金屬光催化劑的制備方法，屬于能源、環保技術領域。

背景技術

隨著能源與環境發展的需求，有效地利用太陽光來進行環境治愈和提供清潔能源已經越來越重要。利用光催化過程來降解有機污染物和模擬自然界的光合作用近幾年已經被廣泛地研究。其中，發展高效的光催化劑，特別是可見光光催化劑具有重要的科學價值和經濟、社會效益。當前最常見的光催化劑主要是無機半導體材料如TiO₂、ZnO等，但是其對光響應的范圍多數集中于紫外光范圍。2009年，新型的具有石墨相的無金屬氮化碳被開發出來具有良好的光催化性能。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有相對較窄的光學帶隙(2.7eV)其光吸收范圍可達到475nm。但是其光催化性能有待進一步提升。為了進一步提升其光催化性能，首要解決的問題是進一步窄化半導體的帶隙，使其吸收更寬范圍的可見光；其次是促進光生電荷的分離，從而達到提升光催化效率的目的。最近福州大學的王心晨報道了將苯環等集團引入到g-C₃N₄中從而在一定程度上拓展了g-C₃N₄的可見光吸收。然而其光吸收范圍還有待進一步改善。

發明內容

本發明提供一種將碳納米結構直接嵌入到g-C₃N₄中，獲得新型上嵌碳納米顆粒的g-C₃N₄雜化的高效光催化劑制備方法。該方法獲得的片狀結構上嵌碳納米粒子的氮化碳具有降解有機污染物和水分解制氫的光催化活性。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種片狀結構上嵌碳納米粒子的氮化碳光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

I.將碳水化合物與氮化碳前體按質量比為(1-200)/10000的比例混合；

II.將步驟I得到的混合物程序升溫至500-650℃進行焙燒，升溫速度控制在1-7℃/小時，焙燒1～3小時。

如上所述的制備方法，優選地，所述步驟I為先將碳水化合物制成碳納米粒子，然后將碳納米粒子與氮化碳前體混合制成混合物。

如上所述的制備方法，優選地，所述步驟I中將碳水化合物制成碳納米粒子的步驟包括：

將碳水化合物和碳原子數為2～6的有機胺按照摩爾比1：(1～3)混合，加入極性溶劑，溶液中碳水化合物的濃度為1mmol/L～1.0mol/L；加熱至140-180℃并維持在該溫度下20分鐘至4小時；反應結束后，將反應液加入到乙醇中沉淀，離心，將沉淀溶解在水中，然后將水溶液再加入到乙醇中沉淀，重復上述沉淀過程至少3次；得到的沉淀物在50～80℃烘干，獲得碳納米粒子。

如上所述的制備方法，優選地，所述步驟I中將碳納米粒子與氮化碳前體混合制成混合物的步驟包括：

將步驟I獲得的碳納米粒子配成濃度為1～100mg/mL的水溶液，將該水溶液加入到氮化碳前體中，其中碳納米粒子與氮化碳前體的質量比為0.01-0.1wt％。

如上所述的制備方法，優選地，所述極性溶劑選自：水，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，二甲亞砜，四氫呋喃和丙酮。