[發(fā)明專利]一種多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107297217B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 師進(jìn)文;張亞周;劉茂昌;陳玉彬;郭烈錦
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 岳培華

本發(fā)明提供了一種多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該方法首先選擇三聚氰胺作為原料，采用熱解法制備石墨相氮化碳；然后將石墨相氮化碳在空氣氣氛下快速升至高溫并短時(shí)間處理，得到多孔薄層石墨相氮化碳，最后將快速高溫后處理得到的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載貴金屬鉑，即得到目標(biāo)產(chǎn)品。本發(fā)明制備的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑與未經(jīng)快速高溫后處理的石墨相氮化碳相比具有高效的可見光催化制氫性能，并且具有良好的穩(wěn)定性。本發(fā)明操作簡單，重復(fù)性好，有效地改善了石墨相氮化碳的光催化性能，進(jìn)而擴(kuò)展了改性石墨相氮化碳的高效手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫能制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及氫能的光催化潔凈制備技術(shù)，即模擬太陽光可見光照射條件下以水為原料的光催化制氫技術(shù)，特別涉及一種制備多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的簡易快速高溫后處理方法及其光催化制氫應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于石油、煤炭和天然氣等不可再生的傳統(tǒng)化石能源的消耗，以及嚴(yán)重的環(huán)境問題，能源危機(jī)的影響逐漸顯露出來。因此，發(fā)展?jié)崈艨稍偕奶娲茉词悄壳叭祟愋枰度胙芯康姆较颉Ｄ壳熬哂邪l(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉窗ㄌ柲堋⒌責(zé)崮堋L(fēng)能、海洋能以及生物質(zhì)能等。其中，理論上太陽能是一種取之不盡的清潔能源，有很好的研究價(jià)值。但是太陽能的不穩(wěn)定、分散、不連續(xù)和不均勻等劣勢限制其發(fā)展，因此高效的將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或電能是目前太陽能研究的重中之重。我國堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的路線，開發(fā)利用可再生能源符合我國現(xiàn)下國情，如果能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能的高效利用，對我國未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)特色社會主義可起到極大的作用。

氫氣由于其具有燃燒直接生成水，能量密度高，而且地球上豐富的水資源可以循環(huán)利用，以及可儲存、可運(yùn)輸、無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此是一種理想的二次能源。當(dāng)今氫能的利用圍繞著以燃料電池為代表的各種利用技術(shù)迅猛發(fā)展，可以預(yù)見氫能的未來需求量必將猛增，氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代到來的可能性非常高。但是目前依然有制約氫能發(fā)展的難題需要克服，比如氫能大規(guī)模利用的前提是要解決氫能的規(guī)模生產(chǎn)、儲存及輸送等一系列關(guān)鍵問題。由能量守恒定理可知?dú)淠苤苽溥^程必然需要消耗能量，目前已有的研究指出，水、生物質(zhì)、天然氣和煤等物質(zhì)都可作為制氫原料。基于可持續(xù)發(fā)展和可再生能源等因素，選取水和生物質(zhì)等原料，利用太陽能制氫是其中一種很有可行性的制氫手段。利用太陽能光催化分解水制氫，為太陽能轉(zhuǎn)化氫能提供了一種可能實(shí)現(xiàn)的方向，是目前很有潛力實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用并獲得廉價(jià)氫氣的高新技術(shù)。

光催化分解水制氫的原理如下所述。在合適能量的光的照射下，光催化劑吸收光能，受到激發(fā)產(chǎn)生光生電子和空穴對。之后，產(chǎn)生的電子和空穴對遷移到光催化劑表面，與水進(jìn)行氧化還原反應(yīng)得到氫氣。為了實(shí)現(xiàn)太陽能光催化分解水制氫的目標(biāo)，其關(guān)鍵是發(fā)展高效、低成本和穩(wěn)定的可見光催化劑。盡管目前已有的研究報(bào)道了各種各樣的可見光響應(yīng)的光催化劑，但是研究的成果依然與高效、低成本等要求相距甚遠(yuǎn)。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作為一種無金屬的有機(jī)半導(dǎo)體，因其良好的熱穩(wěn)定、光學(xué)、電學(xué)以及催化等性能廣受科研工作者關(guān)注。石墨相氮化碳由于其合適的能帶結(jié)構(gòu)能夠在可見光下進(jìn)行光催化分解水制氫制氧(Wang et al.Nature Materials.2009,8,76；ACSCatalysis.2015,5:941-947)。但是由于其較小的比表面積和較少的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致其光催化性能低下，嚴(yán)重限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該方法通過簡易快速的高溫后處理方式將石墨相氮化碳的形貌變?yōu)槎嗫妆訝睿瑥亩鴮?shí)現(xiàn)石墨相氮化碳高效地進(jìn)行可見光催化制氫的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將三聚氰胺粉末加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，然后將坩堝轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，再隨爐冷卻至室溫，得到石墨相氮化碳粉末；