[發明專利]一種石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110493731.4
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113198510B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 于巖;劉海兵;陳俊斌;王炫威;陳飛飛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/62;C01B3/40;C01B32/40
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 俞舟舟;蔡學俊

本發明公開了一種石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結的制備方法及應用，將三聚氰胺作為氮源，經水解?水熱和煅燒形成石墨相氮化碳微米管；將包含六水合氯化鋅、六水合氯化鈷、烏洛托品和石墨相氮化碳微米管的混合反應體系經油浴反應后進行煅燒，制得石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結。本發明制得的石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結能有效促進光生電子?空穴對的分離，制備過程簡便、高效，表現出優異的光催化CO₂還原性能，具有優異的環境效益。

技術領域

本發明屬于光催化CO₂還原技術領域，利用低溫油浴-空氣煅燒兩步法構筑的石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結，并測量其光催化CO₂還原性能。

背景技術

近年來，利用取之不盡、用之不竭的太陽能將CO₂光催化還原為增值化學品已成為眾多研究的焦點，光催化還原CO₂被認為是緩解全球變暖和能源危機最有前景的途徑之一。通常，光催化還原CO₂的主要過程是適當的光子激發電子-空穴對，光生電子傳輸到表面活性中心，還原吸附的CO₂分子。顯然，電子向活性中心的傳遞是光催化CO₂還原過程中的關鍵步驟之一。具有多個氧化還原態的過渡金屬離子(如鈷離子、鎳離子)是建立CO₂還原電子傳遞鏈的有利成分，可以有效地避免不需要的高能中間體的產生，促進多電子CO₂還原，特別是當反應與質子結合時。盡管如此，由于光催化過程中電子-空穴對的快速復合和活性中心的不足，光催化還原CO₂的效率仍然遠遠不足以實現實際應用。這大大降低了光生電子的利用率。因此，為了獲得更好的光催化還原CO₂性能，迫切需要開發合適的方法來促進光生電子的利用。

石墨相氮化碳是一種無金屬半導體，原料豐富、易制備、結構穩定、可見光響應、高導帶位置還原能力強但比表面積低、表面活性位點少、帶隙寬、光生載流子快速復合不利于光催化CO₂還原，因此，提高石墨相氮化碳基光催化劑的光催化還原CO₂性能是研究重點。本發明采用層狀雙金屬氧化物(LDO)改性石墨相氮化碳，開發一種石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結，具有良好可見光催化活性和環境效益，具有特別重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于針對現有不足，提供一種石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結的制備方法。本發明通過低溫油浴-空氣煅燒兩步法構筑了石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結，具有良好可見光催化活性和環境效益。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種石墨相氮化碳微米管/鎳鈷層狀雙金屬氧化物分級中空異質結的制備方法，包括以下步驟：

（1）稱取適量的氮源溶解于去離子水中，油浴加熱攪拌至溶液澄清，得到溶液A；

（2）將步驟（1）得到的溶液A倒入反應釜中，在180℃下水熱反應24h，之后隨爐冷卻至室溫，經過離心、洗滌、干燥得到白色粉末B；

（3）取適量步驟（2）得到的白色粉末B在氮氣氣氛下煅燒，得到淡黃色粉末C（石墨相氮化碳微米管）；

（4）取適量步驟（3）得到的淡黃色粉末C加入圓底燒瓶中，溶解在去離子水中超聲分散，然后磁力攪拌形成溶液D；

（5）稱取適量的六水合氯化鎳，六水合氯化鈷先后加入步驟（4）得到的溶液D中，在室溫下攪拌30 min，然后再加入適量的烏洛托品，繼續攪拌60min，得到溶液E；

（6）將步驟（5）得到的溶液E置于油浴鍋上低溫油浴并磁力攪拌，經過離心、洗滌、干燥得到綠色粉末F；