[發明專利]一種用于光催化固氮的氮化碳納米棒陣列光催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202010138708.9
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111250140A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 曾玉彬;劉桂梅;苑明哲;呂海欽;王傳義;湯梓仟
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/02;B01J35/10;C01C1/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 李欣榮

本發明公開了一種氮化碳納米棒陣列光催化劑，首先以三聚氰胺為氮化碳的前驅體，將其進行煅燒合成聚合程度降低的Melon，再以Melon為前驅體并結合熔鹽法，反應形成由氮化碳納米棒組裝而成的陣列結構。本發明所述氮化碳納米棒陣列中的納米棒形貌均一、表面光滑、尺寸可調、結晶性好；同時有序排列的納米棒陣列結構可顯著提升所得產物的光吸收性能和固氮效果；且涉及的制備方法簡單、操作方便，適合推廣應用。

技術領域

本發明屬于光催化新材料技術領域，具體涉及一種氮化碳納米棒陣列光催化劑及其制備方法。

背景技術

含氮化學肥料主要是由氨加工制成，目前最經濟的人工固氮法是將空氣中的氮氣直接變為氨。工業上使用的Haber-Bosch法通常需要氮氣、氫氣和催化劑在高溫高壓條件下合成氨，它會消耗大量的能量，而且合成過程產生的大量的溫室氣體。所以急需發展新的綠色節能的合成氨的新策略。

光催化固氮是最有潛力也極具挑戰的方法，它在室溫下利用太陽光作為能量來源，使半導體受光激發產生的光生電子直接將N₂還原為NH₃。但由于氮氣極其穩定，很難被活化；而且還原一個氮氣至少需要提供6個光生電子，所以光催化固氮的效率低下。

石墨相氮化碳是一種無機非金屬半導體，可有效吸收可見光，為目前采用的光催化固氮材料之一；但也存在比表面積小、載流子復合率高、導電率差等缺點，限制其光催化固氮效率。

發明內容

本發明的主要目的在于針對現有技術存在的不足，提供一種用于光催化固氮的氮化碳納米棒光催化劑，它為以氮化碳納米棒組裝而的成納米陣列，其納米棒形貌均一、表面光滑、尺寸可調、結晶性好，可表現出優異的光催化固氮效率；且涉及的制備方法簡單易行，操作方便，適合推廣應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種氮化碳納米棒陣列光催化劑的制備方法，它包括如下步驟：

1)將三聚氰胺進行煅燒處理，冷卻、研磨，得氮化碳高分子衍生物(Melon)；

2)將步驟1)所得氮化碳高分子衍生物與氯鹽研磨混合均勻，然后在保護氣氛下，加熱利用熔鹽法制備所述氮化碳納米棒光催化劑。

上述方案中，步驟1)中所述煅燒處理溫度為490～510℃，時間為2～3h。

上述方案中，所述氯鹽為氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰等兩種以上形成的混合物。

優選的，所述氯鹽由氯化鉀和氯化鋰按(11～13):9的質量比混合而成。

上述方案中，所述氮化碳高分子衍生物與氯鹽的的質量比為(1～2):10。

上述方案中，步驟2)中所述熔鹽工藝采用的溫度為540～560℃，時間為3.5～4.5h。

根據上述方案制備的氮化碳納米棒陣列光催化劑，它為由平均直徑為20nm的納米棒組裝而成的納米陣列；比表面積可達65.1m²/g。

將根據上述方案所得氮化碳納米棒陣列光催化劑應用于光催化固氮，具體包括如下步驟：以甲醇作為犧牲劑，將氮化碳納米棒陣列光催化劑分散于甲醇水溶液中；以大氣中的氮氣作為氮源，在黑暗條件下攪拌1h，使催化劑達到氮氣吸脫附平衡；然后在300W氙燈照射下反應，每隔1h取樣5mL，用納氏試劑分光光度法檢測上清液中氨根的濃度。

上述方案中，所述氮化碳納米棒陣列光催化劑相對甲醇水溶液中引入甲醇的用量為0.75g/L。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：