[發(fā)明專(zhuān)利]一種胺基化的氟摻雜氮化碳光催化劑的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110058933.6
• 申請(qǐng)日: 2021-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112871196B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李永利;羅維;王金淑;張楠;趙夢(mèng)迪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/24
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/24;B01J35/00;B01J37/08;C01B15/027
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種胺基化的氟摻雜氮化碳光催化劑的制備方法，屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。該方法步驟如下：將三聚氰胺置于陶瓷坩堝中，加蓋，放置在馬弗爐中，使用500?520℃溫度煅燒4h，研磨得到氮化碳。然后將氮化碳與氟化銨一起研磨，將研磨后樣品置于石英坩堝中，加蓋，放置在通有氬氣的管式爐中，使用350?550℃溫度煅燒1?2h，得到胺基化的氟摻雜氮化碳。使用本發(fā)明方法制備的胺基化的氟摻雜氮化碳光催化劑具有良好的光催化制過(guò)氧化氫性能，產(chǎn)過(guò)氧化氫效率提高了10倍。本發(fā)明提供的制備方法，制備原料價(jià)格便宜、制備工藝簡(jiǎn)單易操作，具有很高的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種胺基化的氟摻雜氮化碳光催化劑的制備方法，屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一種新型的有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料，其具有下列優(yōu)點(diǎn)：不含金屬、無(wú)毒、對(duì)環(huán)境友好；制備的原料豐富且價(jià)格便宜，具有適當(dāng)?shù)膸叮篍_g～2.7eV，能利用部分可見(jiàn)光；制備方法簡(jiǎn)單，通過(guò)富含C、N的前驅(qū)體熱聚合即可得到g-C₃N₄，因此在光催化制過(guò)氧化氫領(lǐng)域的具有很大的應(yīng)用前景。但它仍存在一些問(wèn)題，例如：電子-空穴復(fù)合率高，載流子遷移效率低，導(dǎo)致遷移到表面參與反應(yīng)的電子數(shù)量少，催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)低下，對(duì)O₂的吸附有限。這些問(wèn)題導(dǎo)致光催化制過(guò)氧化氫速率低。因此，設(shè)計(jì)各種方案，改善g-C₃N₄的缺陷，提升對(duì)太陽(yáng)光的利用，是推廣光催化在清潔能源應(yīng)用的基礎(chǔ)。

在g-C₃N₄中摻入非金屬元素，可以窄化帶隙，提升可見(jiàn)光利用效率，實(shí)現(xiàn)有效的空間電荷分離。其中氟摻雜是一種重要的改性方法，廣泛應(yīng)用于石墨烯、活性炭、二氧化鈦改性等領(lǐng)域。而對(duì)于g-C₃N₄的氟化改性，可以使得氮化碳的平面扭曲，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)畸變，使相鄰的N原子飽和，減少其相互排斥作用，能量更加穩(wěn)定。且氟摻雜可以在禁帶中引入雜質(zhì)能級(jí)，可增加可見(jiàn)光的利用。另外為了提高對(duì)O₂的吸附，可以在g-C₃N₄表面引入官能團(tuán)-胺基。表現(xiàn)為路易斯堿性的胺基和表現(xiàn)為路易斯酸性的O₂通過(guò)酸堿相互作用，從而提高對(duì)O₂的吸附性。基于上述分析，如果能夠設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便的方法發(fā)揮兩者的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，那么g-C₃N₄則能表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。目前的現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

在此發(fā)明中，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的一步熱處理方法：氟化銨(NH₄F)與g-C₃N₄混合后，在氬氣氣氛中煅燒，合成了胺基化的氟摻雜氮化碳光催化劑。實(shí)現(xiàn)氟摻雜的基礎(chǔ)上，引入了胺基基團(tuán)。此方法在提升可見(jiàn)光利用效率的同時(shí)，能夠增加對(duì)O₂的吸附，實(shí)現(xiàn)有效的空間電荷分離，進(jìn)而提高光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)易可控的胺基化的氟摻雜氮化碳光催化劑的制備方法。本發(fā)明將混合的氮化碳和氟化銨在氬氣氣氛中煅燒，可以有效控制氟摻雜位點(diǎn)和胺基接枝位點(diǎn)，并且能夠精確控制組份的相對(duì)含量和特殊結(jié)構(gòu)。使用本發(fā)明的方法制備的光催化劑具有良好的光催化制過(guò)氧化氫性能。

一種簡(jiǎn)易可控的胺基化的氟摻雜氮化碳光催化劑制備方法，包括如下步驟：

(1)將三聚氰胺置于陶瓷坩堝中，加蓋，放置在馬弗爐中，使用500-520℃溫度煅燒4h，研磨得到氮化碳。

(2)將步驟(1)得到的氮化碳與氟化銨一起研磨，將研磨后樣品置于石英坩堝中，加蓋，放置在通有氬氣的管式爐中，使用350-550℃煅燒1-2h，得到胺基化的氟摻雜氮化碳。

步驟(1)中，優(yōu)選520℃下煅燒，升溫速率是2.3-5℃/min。