[發明專利]一種有機染料改性氮化碳石墨烯復合材料及其應用

有效

• 申請號: 201710763681.0
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107649159B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 陳愛民;陳琦;彭曉
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J31/02;B01J35/10;B01J37/08;B01J37/10;C07C31/04;C07C29/159
• 代理公司: 33201 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 黃美娟;李世玉

本發明公開了一種機染料改性氮化碳石墨烯復合材料，所述復合材料按如下方法制備：將g?C₃N₄醇溶液與石墨烯醇溶液混合，超聲混勻，再在100～240℃下恒溫8～24h，離心去除乙醇，取沉淀真空干燥，得到g?C₃N₄/r?石墨烯復合物；將g?C₃N₄/r?石墨烯復合物與有機染料和有機醇C混合，超聲混勻，離心，沉淀用有機醇C洗滌后黑暗干燥，獲得所述有機染料改性氮化碳石墨烯復合材料；本發明復合材料不僅具有介孔結構而且比表面較高，提高了空穴?電荷分離速率和對光的吸收率和利用率，在可見光下對二氧化碳和水蒸氣還原，得到甲醇是石墨相氮化碳光催化性能的8倍以上。

(一)技術領域

本發明涉及二氧化碳的光催化劑的合成，是一種以染料改性氮化碳/還原石墨烯的催化劑，及用于光催化合成甲醇的應用。

(二)背景技術

隨著人們對各種化石燃料的消耗，大氣中二氧化碳(CO₂)的過量排放使溫室效應日益加劇。但同時二氧化碳又成為全世界來源最廣泛，最廉價的碳源。在此背景下，探索合理利用CO₂已經成為國內外的重要研究課題。利用取之不盡的太陽能，模擬植物光合作用，將CO₂光催化還原成碳氫化合物(如甲烷、甲醇等)是一項綠色合成技術。而甲醇不僅僅是一種合成多種有機物的基本原料，同時它還是一種可持續的清潔的綠色燃料。所以研究光催化還原CO₂一方面可以減少空氣中CO₂的濃度，降低溫室氣體效應，另一方面由CO₂還原合成的甲醇燃料，能夠緩解日益緊張的能源危機。光催化還原CO₂合成甲醇研究的核心的光催化劑，它是決定光催化還原CO₂過程得以實際應用的重要因素之一，因此，探索和開發各種潛在的高效光催化劑是當今重要的研究方向。雖然，光催化CO₂制燃料已經取得了很大的進展，但是目前光催化還原CO₂依然存在一系列問題：1)光催化劑能量利用率低，對太陽能的轉化率低，無法充分利用這一清潔能源；2)光生電子空穴的復合嚴重影響了光催化效率，導致量子效率低。最近，非金屬半導體石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，因其獨特的半導體能帶結構和優異的化學穩定性，作為可見光光催化劑被引入到光催化二氧化碳光催化還原反應，引起人們的廣泛關注。由于聚合物的材料特性，將g-C₃N₄作為光催化劑還存在一些問題，如比表面積小、產生光生載流子的激子結合能高、光生電子-空穴復合嚴重、量子效率低和禁帶寬度較大而不能有效利用太陽光等問題。

本發明提供一種有機染料改性氮化碳/還原石墨烯復合材料及其制備方法，以及在光催化合成甲醇的應用。該光催化活性高、成本低廉、無毒性、催化效率高，且反應條件溫和，易于工業化放大生產。

(三)發明內容

本發明要解決的問題是：克服目前塊狀g-C₃N₄石墨相氮化碳比表面積小、光生電子-空穴復合嚴重、量子效率低等問題，提供一種染料改性氮化碳/還原石墨烯復合材料，用于可見光催化還原二氧化碳制甲醇燃料。另外，本發明采用剝離氮化碳、水熱法制備氮化碳/還原石墨烯，染料改性等三步驟制備染料改性氮化碳/還原石墨烯復合材料，此法簡單易行、設備簡單、合成條件溫和、具有工業化前途。

本發明采用的技術方案是：