[發(fā)明專利]一種復(fù)合光催化材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710605248.4
• 申請(qǐng)日: 2017-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107335460B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勝洋;劉園園;尹蘇娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/24
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/24;C07C45/00;C07C47/04;C01B3/22;B01J35/06
• 代理公司: 揚(yáng)州市錦江專利事務(wù)所 32106
• 代理人: 江平

一種復(fù)合光催化材料的制備方法及其應(yīng)用，屬于光催化領(lǐng)域，通過(guò)冷凍干燥、水熱合成以及高溫煅燒等過(guò)程，最終得到對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)、活性中心多、光吸收率和光催化活性較高的AgNPs/g?C₃N₄復(fù)合光催化材料。該復(fù)合材料的制備過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和，原材料相對(duì)廉價(jià)、易得、毒性低以及環(huán)保。制備的AgNPs/g?C₃N₄復(fù)合光催化材料在室溫下能夠催化甲醇脫氫制得氫氣，為無(wú)水甲醇的工業(yè)化利用提供一定的參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境化工光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光催化劑的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前傳統(tǒng)的化石燃料對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重，也不能適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)高效、經(jīng)濟(jì)、清潔能源體系的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)全球性環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，也使得人們更加重視能源的利用與環(huán)境的保護(hù)。氫能是理想的清潔能源之一，作為重要的化工原料在許多方面都有廣泛應(yīng)用。

甲醇是一種重要的化工原料，既可從化石資源用化學(xué)方法合成，又可從生物質(zhì)制取，分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在無(wú)氧及各種催化劑條件下利用甲醇直接脫氫是目前研究較多的方案，其中選擇優(yōu)良的催化劑是該方法研究的關(guān)鍵所在。目前已經(jīng)有許多甲醇直接脫氫的催化劑，按照其性質(zhì)的不同可分為金屬、沸石、碳酸鹽和氧化物四類(lèi)，但由于各種原因都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

g-C₃N₄具備可見(jiàn)光響應(yīng)能力以及高穩(wěn)定性，可用于甲醇分解、水分解、染料降解等方面。但是g-C₃N₄也存在著許多局限，比如能帶間隙較窄、電子空穴對(duì)的結(jié)合速度較快，限制了其在光催化中的領(lǐng)域的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的合成方法，制備的光催化劑能夠在可見(jiàn)光下具有良好的光催化性能催化甲醇制氫。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）將二氰二胺（CGN）溶解在水中，得到氮源溶液；

2）將硝酸銀溶液與氮源溶液混勻后靜置，原位生成Ag/CGN復(fù)合物（凝膠狀）；

3）將Ag/CGN復(fù)合物冷凍干燥后，置于反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，然后再經(jīng)管式爐高溫煅燒，得到AgNPs/g-C₃N₄復(fù)合光催化劑。

本發(fā)明二氰二胺（CGN）為氮源，以水為溶劑，靜置條件下將二氰二胺與硝酸銀反應(yīng)，二氰二胺中的氰基氮和亞氨基氮與Ag原子結(jié)合橋連形成聚合物，以達(dá)到原位生成凝膠狀A(yù)g/CGN復(fù)合物的目的，冷凍干燥的目的在于將凝膠狀A(yù)g/CGN復(fù)合物中的水份去除，得到氣凝膠。再經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)和高溫煅燒，最終得到形貌為纖維狀的AgNPs/g-C₃N₄復(fù)合光催化劑。

由于Ag化合物在可見(jiàn)光下不穩(wěn)定，能夠產(chǎn)生Ag納米顆粒，明顯的提高g-C₃N₄的光催化活性。本發(fā)明通過(guò)摻雜Ag化合物來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，合成的復(fù)合光催化劑在可見(jiàn)光條件下，可使甲醇直接脫氫生成無(wú)水甲醛和氫氣，該制氫技術(shù)操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好。

本發(fā)明采用自下而上分子組裝合成法具有以下優(yōu)異的特點(diǎn)：

1、制備的原材料易得、成本相對(duì)較低、毒性較低。

2、制得的催化劑催化效率較高，g-C₃N₄能夠持續(xù)產(chǎn)生電子-空穴位，穩(wěn)定性提高。

3、Ag溫和的氧化還原特性能夠有選擇地將甲醇脫氫制甲醛和氫氣，且無(wú)CO_x產(chǎn)生。

4、本發(fā)明材料的制備過(guò)程具有反應(yīng)條件溫和、方法簡(jiǎn)便易得的特點(diǎn)。