CN105854921B - 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法 - Google Patents

一种大面积二维复合纳米材料的合成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105854921B
CN105854921B CN201610241274.9A CN201610241274A CN105854921B CN 105854921 B CN105854921 B CN 105854921B CN 201610241274 A CN201610241274 A CN 201610241274A CN 105854921 B CN105854921 B CN 105854921B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanosheets
cadmium
amine
dimensional composite
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610241274.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105854921A (zh
Inventor
代凯
吕佳丽
梁长浩
李栋佩
王中辽
李�真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaibei Normal University
Original Assignee
Huaibei Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaibei Normal University filed Critical Huaibei Normal University
Priority to CN201610241274.9A priority Critical patent/CN105854921B/zh
Publication of CN105854921A publication Critical patent/CN105854921A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105854921B publication Critical patent/CN105854921B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/24—Nitrogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39—Photocatalytic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1088—Non-supported catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大面积二维复合纳米材料的合成方法，首先，将胺类前驱体加热分解，合成C3N4纳米片；而后将合成的C3N4纳米片、胺类溶剂、镉盐、硫盐与水混合，搅拌、超声使其充分分散，通过加热反应，离心后制得。本发明采用CdS纳米片与C3N4纳米片复合，这种特殊的二维复合材料具有大面积接触界面，有利于载流子分离，且C3N4纳米片与CdS纳米片带隙匹配，提高了复合材料的光催化活性，具有优异的光催化降解有机物和光催化制氢的性能，重复性能好，循环使用寿命长；合成方法原料成本低廉，操作简便，产率很高，具有广泛的工业化前景。

Description

一种大面积二维复合纳米材料的合成方法
技术领域
本发明涉及一种大面积二维复合纳米材料的合成方法，属于能源环境及纳米材料技术领域。
背景技术
能源和环境问题成为制约人类可持续发展的主题。利用太阳能从水中制氢是最吸引人的一条解决当今能源紧缺与环境污染路线。我们的地球3/4的区域被水覆盖,其中蕴藏着丰富的氢源。氢能以其清洁、无污染、热值高且贮存和运输方便而被视为最理想的石油、煤等不可再生能源的替代能源,同时氢气又是现代化学工业最基础的原料。其中光催化分解水制氢技术是太阳能光化学转换和储存的最佳途径。光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。具有以下优点：反应条件温和、无二次污染、可无限满足人们的需求、光催化剂化学性质稳定、成本低、氧化还原性强、不存在吸附饱和现象、循环使用寿命长。近年来,光电催化分解水、多相光催化分解水,新型光催化剂和光催化效率的研究都取得了显著的进步。这预示着人们能利用廉价的太阳能通过半导体催化使水分解从而获得清洁的氢燃料。
然而传统的光催化材料，太阳能利用率低下。如申请号为2015102358913的专利公开了一种全色光响应的二氧化钛基光催化材料及其制备方法和产氢应用，但是其光催化效率较低，制备方法及其复杂，且光催化材料稳定性不足。因此研究和开发可见光响应的光催化材料是目前函待解决的关键问题。申请号为2015100147000的专利公开了一种树枝形聚合物，其聚合物能够将光敏剂和氢化酶模拟物分别共价链接在树枝形聚合物的***和核心，稳定核心氢化酶，提高催化产氢效率。但是该催化剂制备工艺极其复杂，提高量子产氢率有限，无法达到工业化使用的目的。
氮化碳被认为是优良的二维可见光光催化剂，其结构稳定，能在任意pH值中使用，其合适的价带导带位置使得氮化碳在光催化领域有着潜在的应用前景。但是其载流子容易复合，大大影响了其在光催化领域中的使用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用简单快捷的合成方法在氮化碳基底上合成大面积二维复合纳米材料，该材料具有优异的光催化降解有机物和光催化制氢的性能，带隙匹配、重复性能好，循环使用寿命长。
为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种大面积二维复合纳米材料的合成方法，首先，将胺类前驱体加热分解，合成C3N4纳米片；而后将合成的C3N4纳米片、胺类溶剂、镉盐、硫盐与水混合，搅拌、超声使其充分分散，通过加热反应，离心后制得。
进一步的，所述胺类前驱体与胺类溶剂的质量体积比为1～60：2～100；所述水与胺类溶剂的体积比为1:0.8～3；所述镉盐添加量为0.01～2.5mol/L，硫盐添加量为0.01～2.5mol/L。
进一步的，所述胺类前驱体为三聚氰胺、单氰胺、双氰胺、硫脲和尿素中的一种或多种组合。
更进一步的，所述胺类前驱体加热分解的温度为400～700℃，加热时间为1～12h。
进一步的，所述胺类溶剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种组合。
进一步的，所述镉盐为硝酸镉、氯化镉、碘化镉、醋酸镉中的一种或多种组合。
进一步的，所述硫盐为硫粉、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、硫脲、硫代乙酰胺、双硫腙中的一种或多种组合。
进一步的，所述加热反应的温度为120～220℃，加热时间为6～48h。
进一步的，所述离心的转速100～14000转/分钟，直至产物pH为中性。
本发明的有益效果是：采用CdS纳米片与C3N4纳米片复合，这种特殊的二维复合材料具有大面积接触界面，有利于载流子分离，且C3N4纳米片与CdS纳米片带隙匹配，提高了复合材料的光催化活性，具有优异的光催化降解有机物和光催化制氢的性能，重复性能好，循环使用寿命长；合成方法原料成本低廉，操作简便，产率很高，具有广泛的工业化前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
图1 为本发明实施例2中C3N4/CdS的TEM谱图照片。
具体实施方式
实施例1
一种大面积二维复合纳米材料的合成方法，首先，将胺类前驱体加热分解，加热分解的温度为400～700℃，加热时间为1～12h，合成C3N4纳米片；而后将合成的C3N4纳米片、胺类溶剂、镉盐、硫盐与水混合，搅拌、超声使其充分分散，通过加热反应，离心后制得；所述加热反应的温度为120～220℃，加热时间为6～48h；所述离心的转速100～14000转/分钟，直至产物pH为中性。
所述胺类前驱体与胺类溶剂的质量体积比为1～60：2～100；所述水与胺类溶剂的体积比为1:0.8～3；所述镉盐添加量为0.01～2.5mol/L，硫盐添加量为0.01～2.5mol/L。
所述胺类前驱体为三聚氰胺、单氰胺、双氰胺、硫脲和尿素中的一种或多种组合。
所述胺类溶剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种组合。
所述镉盐为硝酸镉、氯化镉、碘化镉、醋酸镉中的一种或多种组合。
所述硫盐为硫粉、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、硫脲、硫代乙酰胺、双硫腙中的一种或多种组合。
实施例2
将30g三聚氰胺于600℃下加热分解4小时，合成C3N4纳米片；然后将C3N4纳米片、20mL二乙烯三胺、0.05mol/L硝酸镉、0.05mol/L硫粉与20mL水混合，搅拌30分钟、超声30分钟使其充分分散，在150℃下加热反应10小时，离心得到大面积二维复合纳米材料。
其TEM图谱如图1所示，其产氢以体系总体积为10ml计每次产氢量可达到123μmol。
实施例3
将50g尿素于550℃下加热分解6小时，合成C3N4纳米片；然后将C3N4纳米片、30mL三乙烯四胺、0.1mol/L硝酸镉、0.15mol/L双硫腙与10mL水混合，搅拌30分钟、超声50分钟使其充分分散，在160℃下加热反应12小时，离心得到大面积二维复合纳米材料。
其产氢以体系总体积为10ml计每次产氢量可达到148μmol。
实施例4
将100g单氰胺、双氰胺、硫脲于400℃下加热分解12小时，合成C3N4纳米片；然后将C3N4纳米片、50mL四乙烯五胺、1mol/L氯化镉、1.5mol/L亚硫酸钠与30mL水混合，搅拌30分钟、超声50分钟使其充分分散，在200℃下加热反应12小时，离心得到大面积二维复合纳米材料。
其产氢以体系总体积为10ml计每次产氢量可达到118μmol。
实施例5
将300g双氰胺、尿素于700℃下加热分解2小时，合成C3N4纳米片；然后将C3N4纳米片、100mL二乙烯三胺、三乙烯四胺、1.5mol/L碘化镉、醋酸镉、1.5mol/L双硫腙与100mL水混合，搅拌30分钟、超声50分钟使其充分分散，在180℃下加热反应12小时，离心得到大面积二维复合纳米材料。
其产氢以体系总体积为10ml计每次产氢量可达到134μmol。
氮化碳被认为是优良的二维可见光光催化剂，其结构稳定，能在任意pH值中使用，其合适的价带导带位置使得氮化碳在光催化领域有着潜在的应用前景。但是其载流子容易复合，大大影响了其在光催化领域中的使用。本发明采用CdS纳米片与C3N4纳米片复合，这种特殊的二维复合材料具有大面积接触界面，有利于载流子分离，且C3N4纳米片与CdS纳米片带隙匹配，提高了复合材料的光催化活性，具有优异的光催化降解有机物和光催化制氢的性能，重复性能好，循环使用寿命长；合成方法原料成本低廉，操作简便，产率很高，具有广泛的工业化前景。
本发明所公开的实施例只是对本发明的技术方案的解释，不能作为对本发明内容的限制，本领域技术人员在本发明基础上的简单变更，依然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种大面积二维复合纳米材料在光催化制氢中的应用，其特征在于，所述大面积二维复合纳米材料的合成方法为：首先，将胺类前驱体加热分解，合成C3N4纳米片；而后将合成的C3N4纳米片、胺类溶剂、镉盐、硫盐与水混合，搅拌、超声使其充分分散，通过加热反应，离心后制得，用于光催化制氢；所述胺类前驱体与胺类溶剂的质量比为1～60：2～100；所述水与胺类溶剂的体积比为1:0.8～3；所述镉盐添加量为0.01～2.5mol/L，硫盐添加量为0.01～2.5mol/L；所述胺类溶剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种组合；所述镉盐为硝酸镉、氯化镉、碘化镉、醋酸镉中的一种或多种组合；所述硫盐为硫粉、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、硫脲、硫代乙酰胺、双硫腙中的一种或多种组合；所述加热反应的温度为120～220℃，加热时间为6～48h；所述胺类前驱体为三聚氰胺、单氰胺、双氰胺、硫脲和尿素中的一种或多种组合；所述胺类前驱体加热分解的温度为400～700℃，加热时间为1～12h；所述离心的转速100～14000转/分钟，直至产物pH为中性。
CN201610241274.9A 2016-04-19 2016-04-19 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法 Expired - Fee Related CN105854921B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610241274.9A CN105854921B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610241274.9A CN105854921B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105854921A CN105854921A (zh) 2016-08-17
CN105854921B true CN105854921B (zh) 2018-11-27

Family

ID=56633431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610241274.9A Expired - Fee Related CN105854921B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105854921B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106824286A (zh) * 2017-03-27 2017-06-13 淮北师范大学 一种硫化镉纳米材料的制备方法
CN107442137A (zh) * 2017-08-24 2017-12-08 淮北师范大学 一种复合纳米材料的合成方法
CN107469854B (zh) * 2017-09-06 2020-05-15 淮北师范大学 一种复合光催化剂的合成方法
CN109126854B (zh) * 2018-09-12 2020-09-04 华东理工大学 一种CdS/g-C3N4双纳米片复合光催化剂的制备方法
CN108927202B (zh) * 2018-09-25 2021-05-07 岭南师范学院 一种g-C3N4纳米带及其制备方法与应用
CN110787821B (zh) * 2019-09-10 2022-06-03 温州大学 一种毛刺球状结构的石墨相碳化氮/硫化镉光催化纳米复合材料及其制备方法与用途
CN111644193A (zh) * 2020-06-18 2020-09-11 淮北师范大学 一种高效的复合光催化剂及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4594438B1 (ja) * 2009-12-02 2010-12-08 シャープ株式会社 水素製造装置および水素製造方法
CN103191766A (zh) * 2013-04-15 2013-07-10 南京理工大学 CdS/g-C3N4复合可见光催化剂、制备方法及应用
CN103785434A (zh) * 2014-03-10 2014-05-14 福州大学 一种g-C3N4纳米片/CdS复合可见光催化剂

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4594438B1 (ja) * 2009-12-02 2010-12-08 シャープ株式会社 水素製造装置および水素製造方法
CN103191766A (zh) * 2013-04-15 2013-07-10 南京理工大学 CdS/g-C3N4复合可见光催化剂、制备方法及应用
CN103785434A (zh) * 2014-03-10 2014-05-14 福州大学 一种g-C3N4纳米片/CdS复合可见光催化剂

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
In situ self-transformation synthesis of g-C3N4-modified CdS heterostructure with enhanced photocatalytic activity;Huogen Yua et al.;《Applied Surface Science》;20150620;第358卷;第385-392页 *
In‐situ synthesis of C3N4/CdS composites with enhanced photocatalytic properties;Yanjuan Cui;《Chinese Journal of Catalysis》;20150320;第36卷(第3期);第372-379页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105854921A (zh) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105854921B (zh) 一种大面积二维复合纳米材料的合成方法
Zhang et al. Recent advances in application of graphitic carbon nitride‐based catalysts for photocatalytic nitrogen fixation
Zhang et al. g‐C3N4 nanosheet nanoarchitectonics: H2 generation and CO2 reduction
Mou et al. Fabricating amorphous g-C3N4/ZrO2 photocatalysts by one-step pyrolysis for solar-driven ambient ammonia synthesis
Jin et al. CoAl LDH@ Ni-MOF-74 S-scheme heterojunction for efficient hydrogen evolution
Zhou et al. Boron carbon nitride semiconductors decorated with CdS nanoparticles for photocatalytic reduction of CO2
Li et al. Photocatalysis driven by near-infrared light: materials design and engineering for environmentally friendly photoreactions
Xia et al. Novel 2D Zn-porphyrin metal organic frameworks revived CdS for photocatalysis of hydrogen production
CN102671683B (zh) 一种纳米片自组装C掺杂(BiO)2CO3微球可见光催化剂的制备方法
CN107138173A (zh) 一种无定型磷化镍/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的简便制备方法
CN109331883A (zh) 一种CdS/金属有机框架复合光催化材料及其制备方法和应用
CN106076383A (zh) 一种镍/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的简便制备方法
CN110252346B (zh) 一种MoS2/SnS2/r-GO复合光催化剂的制备方法与用途
Zhang et al. Synergistic effects of the Ni3B cocatalyst and N vacancy on g-C3N4 for effectively enhanced photocatalytic N2 fixation
CN106268902B (zh) 一种g-C3N4量子点、Ag量子点敏化BiVO4光催化剂的制备方法
Tang et al. A review of g‐C3N4‐based photocatalytic materials for photocatalytic CO2 reduction
CN107126945A (zh) 一种TiO2混晶纳米棒组装体光催化剂及其制备方法
CN113070074A (zh) 一种Ti3C2-MXene/ZnIn2S4复合光催化剂的制备方法及其应用
CN110961133B (zh) 非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用
Zhan et al. Progress and challenges of photocatalytic reduction of CO2 with g-C3N4-based photocatalysts in the context of carbon neutrality
Huang et al. Recent progress on photocatalytic hydrogen evolution reaction over metal sulfide cocatalyst-mediated carbon nitride system
Chen et al. Integrating coral-like morphology into cyano-containing carbon nitride towards efficient photocatalytic H2 evolution and Cr (Ⅵ) reduction
Zhong et al. Dual defective K-doping and cyano group sites on carbon nitride nanotubes for improved hydrogen photo-production
CN106807404A (zh) 一种非贵金属基碳包覆硫化镍光催化剂的制备方法及其应用
CN110368999B (zh) 一种催化剂及其制备方法和用途

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181127

Termination date: 20190419

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee