[發明專利]一種可見光響應異質結材料的制備方法和用途

在審

• 申請號: 201610975027.1
• 申請日: 2016-11-07
• 公開（公告）號: CN106582759A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 洪遠志;施偉東;李長生;方振遠
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04;C01B21/06;C01G35/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米材料合成技術領域，利用簡單快速的熱聚合法一步合成五氧化二鉭與類石墨相碳化氮異質結光催化劑，可用于可見光下光催化分解水產氫。

背景技術

近年來，環境污染和能源緊缺等一系列全球性問題對人類的發展產生了越來越嚴重地影響，政府和科學家們正在尋求一種綠色可持續的有效替代方法來解決上述問題，在過去的近四十年里，光催化分解水制氫因具有經濟、環保、可再生、安全等優點，已成為解決問題的熱門研究課題，光催化技術利用綠色和無污染的太陽光能既可以實現分解水制氫，還可以分解污染物達到改善環境的目的，我們還知道，在太陽光譜中,紫外光僅占5％，而可見光的比例卻高達43％，因此，開發可實際應用的可見光響應的半導體光催化劑是當前光催化研究領域的重要課題。

類石墨相非金屬半導體碳化氮(g-C₃N₄)由于具有良好的化學與熱穩定性、低廉的成本、安全無毒等特點，被公認為優秀的可見光響應光催化劑，在光催化領域受到了研究者們的極大關注。g-C₃N₄是一種無定形的碳氮化合物，帶隙寬度為2.7eV左右，是一種良好的可見光響應非金屬半導體材料，其在可見光催化分解水制氫方面的研究已有大量報道。但是，單一的g-C₃N₄材料由于其自身能帶結構及其光生電子空穴復合率較快等缺點，降低了其光催化活性和可見光利用效率。構建g-C₃N₄基異質結體系，由于它能夠有效地提高光生電子-空穴對的分離，進而改善其光催化產氫活性，是一種有效地提高其光催化性能策略。另一方面，五氧化二鉭(Ta₂O₅)具有化學和熱穩定性以及合適的導帶位置，可作為一種高效的光催化劑。目前的研究發現少量的Ta₂O₅與半導體復合形成異質結能夠顯著地增強半導體光催分解水的性能，例如：NaTaO_3/Ta₂O₅,In₂O₃/Ta₂O₅和CdS/Ta₂O₅等。然而，到目前為止還沒有Ta₂O₅與g-C₃N₄復合形成異質結分解水的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單快速的Ta₂O₅/g-C₃N₄異質結材料的合成方法，并將Ta₂O₅/g-C₃N₄用于可見光下光催化分解水制氫氣的光催化材料。該方法以五氧化二鉭和三聚氰胺為原料，利用一步熱聚合法合成可見光響應的五氧化二鉭與類石墨相碳化氮復合光催化材料。

本發明提供的一種可見光響應的Ta₂O₅/g-C₃N₄異質結材料的制備方法，主要包括以下幾個步驟：

步驟1：稱取三聚氰胺置于瑪瑙研缽中，研磨均勻，得到樣品A。

所述的研磨時間為5min。

步驟2：分別稱取五氧化二鉭和三聚氰胺置于瑪瑙研缽中，研磨混合均勻，得到樣品B。

所述的五氧化二鉭和三聚氰胺的質量比為(2.5-10):100，研磨混合時間為5min。步驟3：分別將樣品A和樣品B轉移于圓形坩堝中，并蓋上坩堝蓋子水平置于馬弗爐中，初始溫度為50℃，以2.3℃/min的升溫速率將馬弗爐升溫至550℃，并在該溫度下反應4h，等自然冷卻至室溫后，分別得到樣品A¹和B¹。

所述的圓形坩堝容量為50mL。

步驟4：分別將樣品A¹和B¹轉移到瑪瑙研缽中，研磨均勻，最終分別得到g-C₃N₄和Ta₂O₅/g-C₃N₄異質結樣品。

所述的研磨時間為5min，得到均勻的粉體。