[發明專利]一種共聚改性氮化碳/氧化鋅復合可見光催化劑的熔鹽法制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810825291.6
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109012726B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 張慧;譚宇燁;曹鑫;孫建華
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 高姍

本發明屬于材料制備及光催化技術領域，涉及一種共聚改性氮化碳/氧化鋅復合可見光催化劑的熔鹽法制備方法及應用。該復合可見光催化劑以單氰胺等含氮化合物為前驅體，以不同的有機小分子化合物為共聚單體，以氯化鉀與氯化鋅的混合物為熔鹽介質，通過一步高溫煅燒和水洗除鹽而制得。本發明的共聚改性氮化碳/氧化鋅復合可見光催化劑為納米級薄片，具有較大的比表面積。與氮化碳/氧化鋅復合光催化劑和傳統的石墨相氮化碳相比，增強了對可見光的吸收，促進了光生電子和空穴的分離和遷移，提高了可見光下的光解水產氫活性。

技術領域

本發明涉及材料制備及光催化技術領域，尤其涉及一種共聚改性氮化碳/氧化鋅復合可見光催化劑。

背景技術

利用太陽光分解水制氫是解決環境污染和能源危機最具潛力的一種理想途徑，而探尋穩定、高效、具有可見光響應的光催化劑是這一領域的核心問題。近幾年，氮化碳在光解水制氫方面表現出優良的性能，其化學性質穩定，禁帶寬度(～2.7eV)合適，是一種具有可見光響應的聚合物半導體光催化材料。近期，采用熔鹽法制備的一種高度結晶的氮化碳被廣泛用于光解水制氫(參見J.Am.Chem.Soc.,2014,136:1730；Chem.Mater.,2015,27:8237)。其中，以KCl/ZnCl₂為熔鹽介質可一步制備出氮化碳/氧化鋅異質結型復合光催化劑(參見Chem.Commun.,2016,52:13020)。該復合光催化劑在可見光下分解水產氫活性比熔鹽法制備的純氮化碳提高了63倍。但是，此復合光催化劑仍然存在明顯缺點，比如其吸收光譜范圍較窄，導致其對可見光的利用率較低等。

通過共聚改性的方法拓展上述二元復合光催化劑的吸收光譜范圍，進而提升其對可見光利用率的研究工作還未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種共聚改性氮化碳/氧化鋅復合可見光催化劑的熔鹽法制備方法及應用。在本發明中，將氮化碳的前驅體與不同有機小分子單體在KCl/ZnCl₂熔鹽介質中進行共聚合反應，實現對氮化碳納米片層共軛結構的調整，增強其對可見光的吸收，進一步提升光生載流子的分離和遷移效率，進而提升材料的光催化性能。

本發明制備的可見光催化劑具有較高的結晶度、較大的比表面積和較寬的可見光響應范圍，能實現光生載流子的快速遷移和分離，相比于已有的氮化碳/氧化鋅異質結型復合光催化劑和傳統的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，其可見光分解水制氫活性更高。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種共聚改性氮化碳/氧化鋅復合可見光催化劑的熔鹽法制備方法，其包括下列步驟：

1)將氮化碳的前驅體、有機小分子單體與熔鹽混合，研磨均勻后轉移至坩堝中；

2)將盛有上述混合物的坩堝置于馬弗爐中，在空氣氛圍中煅燒后自然降溫至室溫；

3)將坩堝中的固體混合物用熱水洗滌，除盡其中的鹽，干燥后得到共聚改性氮化碳/氧化鋅復合可見光催化劑。

在上述制備方法中，步驟1)中氮化碳的前驅體選自三聚氰胺(又稱密胺、蛋白精)、二氰二胺(又稱氰基胍、二聚氰胺)、單氰胺(簡稱氰胺)中的任意一種或多種。

在上述制備方法中，步驟1)中有機小分子單體選自2,4,6-三氨基嘧啶、4-氨基-2,6-二羥基嘧啶、2-氨基-4,6-二羥基嘧啶中的任意一種。

在上述制備方法中，步驟1)中氮化碳的前驅體與有機小分子單體的質量比為1:0.005～0.25

在上述制備方法中，步驟1)中熔鹽為氯化鉀與氯化鋅的混合物，二者的質量比為1:0.5～1.5。

在優選的實施方案中，上述制備方法的步驟1)中氮化碳的前驅體、有機小分子單體與熔鹽的質量比為1:0.05:10。