[發(fā)明專利]一種S-CN-D同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111353142.2
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN114100656B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒菁;廖國東;王海濤;江吉周
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C01B3/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉洋

本發(fā)明公開了一種S?CN?D同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)的制備方法，包括以下步驟：將尿素和硫源混合，加入N,N?二甲基甲酰胺攪拌混合均勻；升溫至150～400℃維持1～4h，再升溫至500～600℃維持1～5h；自然冷卻至室溫，研磨后即可得到S?CN?D同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)；發(fā)明方法將尿素、硫源以及N,N?二甲基甲酰胺(DMF)溶劑一步熱聚法，在尿素?zé)峋郛a(chǎn)生CN時DMF使得其產(chǎn)生豐富的C缺陷形成CD?D，同時部分S則摻雜在C缺陷位置形成S?CN，通過一步反應(yīng)制備出S?CN?D同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)，同時DMF加熱產(chǎn)生大量的氣體對同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)具有剝離效應(yīng)，使其比表面積高達(dá)135.7m²/g，光催化分解水產(chǎn)H₂速率為3190μmolh^?1g^?1，是未改性CN的8.6倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種S-CN-D同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)的制備方法。

背景技術(shù)

光催化分解水產(chǎn)H₂是將太陽能轉(zhuǎn)化為新的清潔能源，被認(rèn)為是一種環(huán)境友好的能源再生方式。分解水產(chǎn)H₂是一個雙電子過程(H₂O→H₂+1/2O₂，△G＝+237.2kJ mol^-1)。光催化劑的帶隙應(yīng)超過水的分解能(1.23eV)，保證水分解成功。二維(2D)g-C₃N₄具有合適的導(dǎo)帶(CB，-1.3eV)和價帶(VB，+1.4eV)位置及適中的帶隙(≈2.7eV)，可以用于光催化分解水產(chǎn)H₂。2D g-C₃N₄越薄，由于量子尺寸效應(yīng)，2D g-C₃N₄的CB和VB的位置向相反方向移動，導(dǎo)致g-C₃N₄納米片的帶隙增加，寬帶隙使得g-C₃N₄具有更負(fù)的導(dǎo)帶位置(更強還原電位)，越有利于分解水產(chǎn)H₂。但理論上全分解水還存在一些問題，如載流子的分離和傳輸過程中的動力學(xué)過程有較大缺陷，由于空穴遷移率較低嚴(yán)重抑制了分解水的效率。因此，通過雜原子硫摻雜、引入缺陷、異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建等改性策略可以賦予2D g-C₃N₄更強的光催化分解水產(chǎn)H₂活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一步反應(yīng)制備改性CN同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)的制備方法，所得產(chǎn)物比表面積高達(dá)135.7m²/g，光催化分解水產(chǎn)H₂速率為3190μmolh^-1g^-1。

為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：

一種S-CN-D同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)的制備方法，包括以下步驟：

將尿素和硫源混合，加入N,N-二甲基甲酰胺攪拌混合均勻；

升溫至150～400℃維持1～4h，再升溫至500～600℃維持1～5h；

自然冷卻至室溫，研磨后即可得到S-CN-D同質(zhì)納米異質(zhì)結(jié)。

按上述方案，所述硫源為升華硫粉、硫酸銨或硫脲。

按上述方案，硫源和尿素質(zhì)量比為(0.5～5):1；N,N-二甲基甲酰胺的加入1～50mL。

按上述方案，升溫速率為5～15℃/min。速率越慢，熱聚時間越長，產(chǎn)物的片層較厚；速率越快，熱聚時間越短，產(chǎn)物產(chǎn)率較低。