CN111185244A - 一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111185244A
CN111185244A CN202010032888.2A CN202010032888A CN111185244A CN 111185244 A CN111185244 A CN 111185244A CN 202010032888 A CN202010032888 A CN 202010032888A CN 111185244 A CN111185244 A CN 111185244A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal phthalocyanine
solution
organic
inorganic composite
composite nano
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.)
Withdrawn
Application number
CN202010032888.2A
Other languages
English (en)
Inventor
黄德奇
徐嘉琪
王芳
王雪源
王元有
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.)
Yangzhou Polytechnic Institute
Original Assignee
Yangzhou Polytechnic Institute
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 Yangzhou Polytechnic Institute filed Critical Yangzhou Polytechnic Institute
Priority to CN202010032888.2A priority Critical patent/CN111185244A/zh
Publication of CN111185244A publication Critical patent/CN111185244A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/26Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
    • B01J31/34Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of chromium, molybdenum or tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/18Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms
    • B01J31/1805Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms the ligands containing nitrogen
    • B01J31/181Cyclic ligands, including e.g. non-condensed polycyclic ligands, comprising at least one complexing nitrogen atom as ring member, e.g. pyridine
    • B01J31/184Cyclic ligands, including e.g. non-condensed polycyclic ligands, comprising at least one complexing nitrogen atom as ring member, e.g. pyridine mixed aromatic/aliphatic ring systems, e.g. indoline
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C01B3/042Decomposition of water
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,以硝基取代邻苯二甲腈和对羟基苯甲酸为原料,经二步反应制得4‑羧基苯氧基取代金属酞菁,并将金属酞菁与氧化石墨烯以及二硫化钼复合得到一种金属酞菁、石墨烯和二硫化钼三元复合光催化剂;本发明通过在金属酞菁的支链上引入对羧基苯氧基,可以有效提高金属酞菁的溶解性,以提高金属酞菁作为光催化剂在反应体系中的分散能力,通过将金属酞菁与石墨烯和二硫化钼复合,形成有机无机复合纳米光催化剂,三种组分协同作用,不仅提高了光吸收能力,拓宽了光吸收范围,而且有利于增加催化剂的活性位点,提高催化活性。

Description

一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及光催化剂技术领域,具体涉及一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法。
背景技术
酞菁是由四个异吲哚单元组成的平面大环共轭体系,酞菁分子是由八个碳原子和八个氮原子交替组成的十六元环,是具有18个π电子的平面大π键共轭芳香体系,结构非常稳定,各个C-H键的长度几乎相等。同时酞菁环内有1个空穴,可容纳钴、铜、铁、镍、锌等多种过渡金属原子,这些金属离子与酞菁的结合力很强,化学性质比较稳定,金属酞菁类化合物在可见光区有很强的跃迁,易产生激发态,是一种节能绿色、非常有应用前景的可见光催化剂。
在光催化体系中,助催化剂有着极重要的作用,降低半导体表面反应的活化能或者过电势,在助催化剂/半导体界面促进光生载流子的分离以及抑制半导体的光腐蚀从而增强半导体的光稳定性。石墨烯是C原子sp2杂化六角结构的2D碳网络,类似于将无数个苯环相连形成无限大的共轭结构,石墨烯独特的结构决定了其在电学、热学、力学、光学等方面具有许多优异的性能,完美无缺陷的单层石墨烯几乎是完全透明的,但会吸收2.3%的可见光,透过率为97.7%。超薄单层石墨烯的2D特性还拥有巨大的比表面积,理论计算值为2630m2g-1,在催化剂的负载方面具有巨大的优势和广泛的应用,而二硫化钼可以有效的被调整禁带宽度以及光响应的范围,提高太阳光的吸收利用率,而且具有更强的光稳性,二硫化钼可以有效提高光催化剂的催化效率。
但是现有的金属酞菁由于其大分子共轭体系,导致其溶解性较差,因此很难均匀分散在催化体系中,而单一的二硫化钼作为光催化剂的催化性能并不理想,需要对二硫化钼材料进行改性以提高催化效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法,通过在金属酞菁的支链上引入对羧基苯氧基,可以有效提高金属酞菁的溶解性,以提高金属酞菁作为光催化剂在反应体系中的分散能力,通过将金属酞菁与石墨烯和二硫化钼复合,形成有机无机复合纳米光催化剂,三种组分协同作用,不仅提高了光吸收能力,拓宽了光吸收范围,而且有利于增加催化剂的活性位点,提高催化活性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)氮气保护下,向反应瓶中加入二甲基亚砜,并在搅拌下加入硝基取代邻苯二甲腈和对羟基苯甲酸,再加入碳酸钾,25-35℃下搅拌反应20-30h,然后将反应液滴加到去离子水中,用浓盐酸调节pH值至1,有絮状沉淀析出,将沉淀抽滤分离,并用去离子水洗涤后用甲醇重结晶,然后置于真空干燥箱中干燥,得到邻苯二甲腈中间体,氰基为吸电子基团,因此处在氰基邻对位的硝基性质活泼,易被取代,在二甲基亚砜中,对羟基苯甲酸与碳酸钾反应生成钾盐化合物,酚钾易与处在氰基邻对位的硝基反应,硝基脱落并生成醚键,反应方程式如下:
Figure BDA0002364972790000021
(2)氮气保护下,将步骤(1)所得邻苯二甲腈中间体和MXn溶于正戊醇中,升温至40-50℃后加入1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU),加热至100-130℃反应4-6h后,冷却至室温,向反应液中加入盐酸调节pH至1-3,反应液中产生大量絮状沉淀,将反应液抽滤,并用去离子水洗涤滤饼至中性,经真空干燥后研磨得金属酞菁粉末,反应方程式如下:
Figure BDA0002364972790000031
合成过程中邻苯二甲腈中间体在高温条件下发生电子重排,生成亚胺中间体(a),在催化剂DBU存在下,亚胺中间体与金属离子络合生成配位中间体(b),亚胺中间体(a)的一个氮原子带负电,一个碳原子带正电,是一个两性偶极态,相互之间可发生反应在碳原子和氮原子之间形成共价键,当MXn为过渡金属盐时,金属离子的配位能力较强,从而生成酞菁化合物,反应机理如下:
Figure BDA0002364972790000032
通过将对羧基苯氧基引入邻苯二甲腈分子中,再通过对羧基苯氧基取代邻苯二甲腈合成了金属酞菁化合物,在金属酞菁分子上顺利引入羧基和醚键,极大地提高了金属酞菁的溶解性,使其在水相和有机相中的溶解性均有了明显提升,增加了金属酞菁作光催化剂在反应体系中的分散性,有利于提高催化活性。
(3)将步骤(2)所得金属酞菁粉末和氧化石墨烯分别溶于氯仿中,得到金属酞菁溶液的和氧化石墨烯溶液,然后将金属酞菁溶液和氧化石墨烯溶液按体积比1:0.5-1混合,并超声分散0.5-2h,过滤,滤液经减压浓缩后干燥,得氧化石墨烯-金属酞菁复合物,石墨烯是碳原子sp2杂化六角结构的2D碳网络,具有高比表面积和优异的导电性,用石墨烯作为复合材料,可以防止附聚并提高催化剂的电子转移能力,由于金属酞菁与石墨烯之间具有π-π作用力,使得产物可以良好的分散在溶剂中。同时金属酞菁中的羧基可以与石墨烯中的羟基基团形成氢键,通过非共价键对GO进行修饰,即不破坏其本身的共轭结构,同时性能得到了保存;
(4)将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水中,并加入钼酸钠、硫脲和步骤(3)所得氧化石墨烯-金属酞菁复合物超声分散拌0.5-1h,然后将分散液转移至高压反应釜中,180-220℃下反应20-30h,自然冷却至室温,吸出反应液中的上层清液,得到底部固定粉末,用去离子水洗涤3次,并置于80-90℃的烘箱中干燥10-16h,研磨得有机无机复合纳米光催化剂,二硫化钼是一种典型的层状金属硫化物,通过常规方法制备的二硫化钼呈多层堆积状态,阻碍了二硫化钼催化的活性位点的暴露,严重限制了二硫化钼的光催化效率,通过在制备二硫化钼的过程中加入金属酞菁与石墨烯的复合物,金属酞菁与石墨烯的复合物作为二硫化钼纳米片成核生长的基底,二硫化钼的前驱体可以与石墨烯上的含氧官能团之间相互作用,使二硫化钼纳米片的尺寸被2D石墨烯层内的约束效应有效控制,由于石墨烯的孔隙率大,比表面积大,使二硫化钼的活性位点暴露出来,可以有效地提高二硫化钼的光催化活性,同时金属酞菁优异的光吸收性能可使三者发挥协同作用,提高光催化性能。
优选的,步骤(1)中所述4-硝基邻苯二甲腈、对羟基苯甲酸和碳酸钾的摩尔比为1:2-3:2-4,每克4-硝基邻苯二甲腈加入二甲基亚砜10-20mL。
优选的,步骤(1)中所述MXn选自氯化亚铁、氯化钴、氯化铜、氯化亚铜、氯化锌、乙酸镍、乙酸钴中的一种,硝基取代邻苯二甲腈为3-硝基邻苯二甲腈或4-硝基邻苯二甲腈。
优选的,步骤(2)中所述邻苯二甲腈中间体、金属氯化物的摩尔比为1:2-4,每克邻苯二甲腈中间体加入10-20mL正戊醇和1-2mL 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。
优选的,步骤(3)中所述金属酞菁溶液的浓度为8-10mg/mL,氧化石墨烯溶液的浓度为2-4mg/mL。
优选的,步骤(3)中所述氧化石墨烯的制备方法为:
S1、将浓硫酸加入反应瓶中,并降温至0-5℃,加入石墨和硝酸钠并搅拌20-40min,然后在10-20℃下加入高锰酸钾,加毕搅拌反应1-2h,得溶液一;
S2、将溶液一加热至30-40℃搅拌反应0.5-1h,然后向溶液中加入去离子水,并加热至90-100℃继续反应20-40min,然后向溶液中加入质量分数5%的过氧化氢溶液,搅拌均匀后过滤,用去离子水洗涤滤饼至滤饼不含硫酸根离子,将滤饼置于真空干燥箱中干燥20-40h,得到氧化石墨;
S3、将S2所得氧化石墨粉碎研磨,并取氧化石墨溶于水中,超声10-20min,6000-7000r/min下离心10-20min,取上层清液,加热除去多余水分,并置于60℃下干燥20-40h,得氧化石墨烯。
优选的,S1中,所述石墨、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为1:0.4-0.6:2-4,每克石墨使用20-30mL浓硫酸,S2中,每克石墨加入20-30mL去离子水和2-3mL过氧化氢溶液,S3中,每克氧化石墨使用80-150mL去离子水。
优选的,步骤(4)中所述钼酸钠、硫脲、十二烷基苯磺酸钠和氧化石墨烯-金属酞菁复合物的质量比为1:0.8-1.2:0.1-0.3:2-5。
本发明的有益效果为:
通过将对羧基苯氧基引入邻苯二甲腈分子中,再通过对羧基苯氧基取代邻苯二甲腈合成了金属酞菁化合物,在金属酞菁分子上顺利引入羧基和醚键,极大地提高了金属酞菁的溶解性,使其在水相和有机相中的溶解性均有了明显提升,增加了金属酞菁作光催化剂在反应体系中的分散性,有利于提高催化活性;
石墨烯是碳原子sp2杂化六角结构的2D碳网络,具有高比表面积和优异的导电性,用石墨烯作为复合材料,可以防止附聚并提高催化剂的电子转移能力,由于金属酞菁与石墨烯之间具有π-π作用力,使得产物可以良好的分散在溶剂中。同时金属酞菁中的羧基可以与石墨烯中的羟基基团形成氢键,通过非共价键对GO进行修饰,即不破坏其本身的共轭结构,同时性能得到了保存,二硫化钼是一种典型的层状金属硫化物,通过常规方法制备的二硫化钼呈多层堆积状态,阻碍了二硫化钼催化的活性位点的暴露,严重限制了二硫化钼的光催化效率,通过在制备二硫化钼的过程中加入金属酞菁与石墨烯的复合物,金属酞菁与石墨烯的复合物作为二硫化钼纳米片成核生长的基底,二硫化钼的前驱体可以与石墨烯上的含氧官能团之间相互作用,使二硫化钼纳米片的尺寸被2D石墨烯层内的约束效应有效控制,由于石墨烯的孔隙率大,比表面积大,使二硫化钼的活性位点暴露出来,可以有效地提高二硫化钼的光催化活性,同时金属酞菁优异的光吸收性能可使三者发挥协同作用,提高光催化性能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
酞菁锌的制备
氮气保护下,向反应瓶中加入二甲基亚砜50mL,并在搅拌下加入4-硝基邻苯二甲腈4g和对羟基苯甲酸7g,再加入碳酸钾15g,30℃下搅拌反应24h,然后将反应液滴加到去150mL离子水中,用浓盐酸调节pH值至1,有絮状沉淀析出,将沉淀抽滤分离,并用去离子水洗涤后用甲醇重结晶,然后置于50℃真空干燥箱中干燥,得到4-(4-羧基苯氧基)邻苯二甲腈;
氮气保护下,将4-(4-羧基苯氧基)邻苯二甲腈2g和氯化锌0.8g溶于30mL正戊醇中,升温至50℃后加入1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯1.6mL,加热至130℃反应6h后,冷却至室温,向反应液中加入盐酸调节pH至1,反应液中产生大量絮状沉淀,将反应液抽滤,并用去离子水洗涤滤饼至中性,经50℃真空干燥后研磨得酞菁锌粉末。
实施例2
酞菁钴的制备
氮气保护下,向反应瓶中加入二甲基亚砜50mL,并在搅拌下加入4-硝基邻苯二甲腈3g和对羟基苯甲酸7g,再加入碳酸钾12g,30℃下搅拌反应24h,然后将反应液滴加到去150mL离子水中,用浓盐酸调节pH值至1,有絮状沉淀析出,将沉淀抽滤分离,并用去离子水洗涤后用甲醇重结晶,然后置于50℃真空干燥箱中干燥,得到4-(4-羧基苯氧基)邻苯二甲腈;
氮气保护下,将4-(4-羧基苯氧基)邻苯二甲腈2g和乙酸钴1g溶于30mL正戊醇中,升温至50℃后加入1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯1.6mL,加热至130℃反应6h后,冷却至室温,向反应液中加入盐酸调节pH至1,反应液中产生大量絮状沉淀,将反应液抽滤,并用去离子水洗涤滤饼至中性,经50℃真空干燥后研磨得酞菁钴粉末。
实施例3
酞菁铜的制备
氮气保护下,向反应瓶中加入二甲基亚砜50mL,并在搅拌下加入3-硝基邻苯二甲腈4g和对羟基苯甲酸7g,再加入碳酸钾14g,30℃下搅拌反应24h,然后将反应液滴加到去150mL离子水中,用浓盐酸调节pH值至1,有絮状沉淀析出,将沉淀抽滤分离,并用去离子水洗涤后用甲醇重结晶,然后置于50℃真空干燥箱中干燥,得到4-(4-羧基苯氧基)邻苯二甲腈;
氮气保护下,将4-(4-羧基苯氧基)邻苯二甲腈2g和氯化亚铜0.7g溶于30mL正戊醇中,升温至50℃后加入1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯1.6mL,加热至130℃反应6h后,冷却至室温,向反应液中加入盐酸调节pH至1,反应液中产生大量絮状沉淀,将反应液抽滤,并用去离子水洗涤滤饼至中性,经50℃真空干燥后研磨得酞菁铜粉末。
实施例4
S1、将浓硫酸加入反应瓶中,并降温至5℃,加入10g石墨和5g硝酸钠并搅拌30min,然后在10℃下加入20g高锰酸钾,保持反应液温度低于20℃,加毕搅拌反应1h,得溶液一;
S2、将溶液一加热至30℃搅拌反应0.5h,然后向溶液中加入100mL去离子水,并加热至95℃继续反应30min,然后向溶液中加入质量分数5%的过氧化氢溶液15mL,搅拌均匀后过滤,用去离子水洗涤滤饼至滤饼不含硫酸根离子,将滤饼置于真空干燥箱中干燥24h,得到氧化石墨;
S3、将S2所得氧化石墨粉碎研磨,并取氧化石墨溶于水中,超声20min,6000r/min下离心20min,取上层清液,加热除去多余水分,并置于60℃下干燥24h,得氧化石墨烯。
实施例5
有机无机复合纳米光催化剂的制备
将实施例1所得2g酞菁锌粉末和2g实施例4所得氧化石墨烯分别溶于氯仿中,得到8mg/mL的酞菁锌溶液的和2mg/mL氧化石墨烯溶液,然后将酞菁锌溶液和氧化石墨烯溶液按体积比1:0.8混合,并超声分散1h,过滤,滤液经减压浓缩后干燥,得氧化石墨烯-酞菁锌复合物;
将0.1g十二烷基苯磺酸钠溶于10mL去离子水中,并加入1g钼酸钠、0.9g硫脲和3g氧化石墨烯-酞菁锌复合物超声分散拌0.5h,然后将分散液转移至高压反应釜中,200℃下反应24h,自然冷却至室温,吸出反应液中的上层清液,得到底部固定粉末,用去离子水洗涤3次,并置于80℃的烘箱中干燥16h,研磨得有机无机复合纳米光催化剂A。
实施例6
有机无机复合纳米光催化剂的制备
将实施例2所得2g酞菁钴粉末和2g实施例4所得氧化石墨烯分别溶于氯仿中,得到8mg/mL的酞菁钴溶液的和2mg/mL氧化石墨烯溶液,然后将钴酞菁溶液和氧化石墨烯溶液按体积比1:0.8混合,并超声分散1h,过滤,滤液经减压浓缩后干燥,得氧化石墨烯-酞菁钴复合物;
将0.1g十二烷基苯磺酸钠溶于10mL去离子水中,并加入1g钼酸钠、0.9g硫脲和3g氧化石墨烯-酞菁钴复合物超声分散拌0.5h,然后将分散液转移至高压反应釜中,200℃下反应24h,自然冷却至室温,吸出反应液中的上层清液,得到底部固定粉末,用去离子水洗涤3次,并置于80℃的烘箱中干燥16h,研磨得有机无机复合纳米光催化剂B。
实施例7
有机无机复合纳米光催化剂的制备
将实施例3所得2g酞菁铜粉末和2g实施例4所得氧化石墨烯分别溶于氯仿中,得到8mg/mL的酞菁铜溶液的和2mg/mL氧化石墨烯溶液,然后将铜酞菁溶液和氧化石墨烯溶液按体积比1:0.8混合,并超声分散1h,过滤,滤液经减压浓缩后干燥,得氧化石墨烯-酞菁铜复合物;
将0.1g十二烷基苯磺酸钠溶于10mL去离子水中,并加入1g钼酸钠、0.9g硫脲和3g氧化石墨烯-酞菁铜复合物超声分散拌0.5h,然后将分散液转移至高压反应釜中,200℃下反应24h,自然冷却至室温,吸出反应液中的上层清液,得到底部固定粉末,用去离子水洗涤3次,并置于80℃的烘箱中干燥16h,研磨得有机无机复合纳米光催化剂C。
对比实施例1
将实施例1所得2g酞菁锌粉末和2g实施例4所得氧化石墨烯分别溶于氯仿中,得到8mg/mL的酞菁锌溶液的和2mg/mL氧化石墨烯溶液,然后将酞菁锌溶液和氧化石墨烯溶液按体积比1:0.8混合,并超声分散1h,过滤,滤液经减压浓缩后干燥,得氧化石墨烯-酞菁锌复合物,将氧化石墨烯-酞菁锌复合物作为光催化剂D。
对比实施例2
将0.1g十二烷基苯磺酸钠溶于10mL去离子水中,并加入1g钼酸钠、0.9g硫脲和2g酞菁锌超声分散拌0.5h,然后将分散液转移至高压反应釜中,200℃下反应24h,自然冷却至室温,吸出反应液中的上层清液,得到底部固定粉末,用去离子水洗涤3次,并置于80℃的烘箱中干燥16h,研磨得复合纳米光催化剂E。
实施例8
光催化产氢活性实验是在25℃,100mL pyrex反应器中进行,在pyrex反应器中加入50mL体积比为1:4的甲醇和去离子水混合溶液,向溶液中鼓吹氮气以及抽真空除去氧气后,分别将25mg实施例5、6、7和对比实施例1、2得到的光催化剂分散在混合溶液中,使用配备有420nm光学截止滤光器的300W氙灯连续照射4h,使混合溶液分解,产生氢气,对产生的氢气使用Shimazu GC2010气相色谱仪进行量化,得到结果如下表所示:
Figure BDA0002364972790000111
由上表可知,通过本发明制备的光催化剂A、B、C都具有良好的催化性能,且产氢速率都在2.2mmol/h左右,而光催化剂D为酞菁锌与石墨烯的二元复合物,产氢速率明显低于A、B、C的产氢速率,说明二硫化钼、石墨烯、金属酞菁三元复合的光催化剂的光催化活性较二元的光催化剂高,光催化剂E为酞菁锌与二硫化钼的二元复合光催化剂,其产氢效率较A、B、C有明显下降,说明石墨烯起到了增加催化剂比表面积的作用,有效增加了催化效率。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)氮气保护下,向反应瓶中加入二甲基亚砜,并在搅拌下加入硝基取代邻苯二甲腈、对羟基苯甲酸和碳酸钾,25-35℃下搅拌反应20-30h,将反应液滴加到去离子水中,用浓盐酸调节pH值至1,经抽滤、洗涤、干燥后,得到邻苯二甲腈中间体;
(2)氮气保护下,将步骤(1)所得邻苯二甲腈中间体和MXn溶于正戊醇中,升温至40-50℃后加入1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,加热至100-130℃反应4-6h,向反应液中加入盐酸调节pH至1-3,经抽滤、洗涤、干燥、研磨后,得金属酞菁粉末;
(3)将步骤(2)所得金属酞菁粉末和氧化石墨烯分别溶于氯仿中,得到金属酞菁溶液的和氧化石墨烯溶液,然后将金属酞菁溶液和氧化石墨烯溶液按体积比1:0.5-1混合,并超声分散0.5-2h,经过滤、减压浓缩、干燥后,得氧化石墨烯-金属酞菁复合物;
(4)将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水中,并加入钼酸钠、硫脲和步骤(3)所得氧化石墨烯-金属酞菁复合物超声分散拌0.5-1h,然后将分散液转移至高压反应釜中,180-220℃下反应20-30h,吸出反应液中的上层清液,得到底部固定粉末,用去离子水洗涤3次,并置于80-90℃的烘箱中干燥10-16h,得有机无机复合纳米光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述4-硝基邻苯二甲腈、对羟基苯甲酸和碳酸钾的摩尔比为1:2-3:2-4,每克4-硝基邻苯二甲腈加入二甲基亚砜10-20mL。
3.根据权利要求1所述的一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述MXn选自氯化亚铁、氯化钴、氯化铜、氯化亚铜、氯化锌、乙酸镍、乙酸钴中的一种,硝基取代邻苯二甲腈为3-硝基邻苯二甲腈或4-硝基邻苯二甲腈。
4.根据权利要求1所述的一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述邻苯二甲腈中间体、金属氯化物的摩尔比为1:2-4,每克邻苯二甲腈中间体加入10-20mL正戊醇和1-2mL 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。
5.根据权利要求1所述的一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述金属酞菁溶液的浓度为8-10mg/mL,氧化石墨烯溶液的浓度为2-4mg/mL。
6.根据权利要求1所述的一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述氧化石墨烯的制备方法为:
S1、将浓硫酸加入反应瓶中,并降温至0-5℃,加入石墨和硝酸钠并搅拌20-40min,然后在10-20℃下加入高锰酸钾,加毕搅拌反应1-2h,得溶液一;
S2、将溶液一加热至30-40℃搅拌反应0.5-1h,然后向溶液中加入去离子水,并加热至90-100℃继续反应20-40min,然后向溶液中加入质量分数5%的过氧化氢溶液,搅拌均匀后过滤,得到氧化石墨;
S3、将S2所得氧化石墨粉碎研磨,并取氧化石墨溶于水中,超声10-20min,6000-7000r/min下离心10-20min,取上层清液,加热除去多余水分,并置于60℃下干燥20-40h,得氧化石墨烯。
7.根据权利要求6所述的一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,S1中,所述石墨、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为1:0.4-0.6:2-4,每克石墨使用20-30mL浓硫酸,S2中,每克石墨加入20-30mL去离子水和2-3mL过氧化氢溶液,S3中,每克氧化石墨使用80-150mL去离子水。
8.根据权利要求1所述的一种有机无机复合纳米光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(4)中所述钼酸钠、硫脲、十二烷基苯磺酸钠和氧化石墨烯-金属酞菁复合物的质量比为1:0.8-1.2:0.1-0.3:2-5。
9.一种有机无机复合纳米光催化剂,其特征在于,该有机无机复合纳米光催化剂通过权利要求1至权利要求8任一所述制备方法制备而成。
CN202010032888.2A 2020-01-13 2020-01-13 一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法 Withdrawn CN111185244A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010032888.2A CN111185244A (zh) 2020-01-13 2020-01-13 一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010032888.2A CN111185244A (zh) 2020-01-13 2020-01-13 一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111185244A true CN111185244A (zh) 2020-05-22

Family

ID=70684834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010032888.2A Withdrawn CN111185244A (zh) 2020-01-13 2020-01-13 一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111185244A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113019401A (zh) * 2021-03-11 2021-06-25 黑龙江工业学院 一种石墨烯基光催化复合材料的制备方法和应用及应用方法
CN115254193A (zh) * 2022-08-15 2022-11-01 中南大学 酞菁钯分子催化剂、碳基底支撑的酞菁钯分子催化剂的制备方法及其应用

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113019401A (zh) * 2021-03-11 2021-06-25 黑龙江工业学院 一种石墨烯基光催化复合材料的制备方法和应用及应用方法
CN113019401B (zh) * 2021-03-11 2021-09-24 黑龙江工业学院 一种石墨烯基光催化复合材料的制备方法和应用及应用方法
CN115254193A (zh) * 2022-08-15 2022-11-01 中南大学 酞菁钯分子催化剂、碳基底支撑的酞菁钯分子催化剂的制备方法及其应用
CN115254193B (zh) * 2022-08-15 2023-11-03 中南大学 酞菁钯分子催化剂、碳基底支撑的酞菁钯分子催化剂的制备方法及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109589991B (zh) 一种锌铟硫/铜铟硫二维异质结光催化剂、其制备方法及应用
CN109225233B (zh) 一种层状双金属氢氧化物/碳量子点电催化剂及其制备方法
CN111389351B (zh) 一种CuFeO2/生物炭复合磁性材料及其制备方法
CN111185210B (zh) 二碳化三钛/二氧化钛/黑磷纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用
CN115007182B (zh) 一种钾氧共掺杂石墨相氮化碳光催化剂的制备方法
CN111185244A (zh) 一种有机无机复合纳米光催化剂及其制备方法
CN109225232B (zh) 一种电催化剂及其制备方法
CN110624595A (zh) 一种钙铟硫/碳化钛光催化复合材料及其制备方法
CN107597147B (zh) 一种纳米花状硫化镉@硫化镍薄膜异质结构及其制备方法
CN111604079A (zh) 一种Ni掺杂CoSe2-g-C3N4异质结光催化产氢复合催化剂及其制法
CN110586135A (zh) 一种含有Mn0.5Cd0.5S和Cu2O负载型光催化剂的制备方法
CN111111704A (zh) 一种二硫化钼光催化剂的制备方法及其应用
CN112371113A (zh) 一种Bi2WO6-rGO可见光催化剂的制备方法和应用
CN111437817A (zh) 生物碳量子点金属掺杂AgVO4复合光催化剂的制备
CN116726973A (zh) 花球状硫铟锌/氮化碳异质结光催化剂及制备方法与应用
CN115608367A (zh) 具有核壳结构的Zn1-xCuxO/TiO2光催化复合材料的制备方法及应用
CN116764658A (zh) 一种g-C3N4/Ag/AgCl复合光催化剂及其制备方法
CN112264013B (zh) 一种纤维素基钴氧复合磷酸银光催化异质结的制备方法
CN115074771A (zh) 一种氮掺杂碳纳米管包覆Ni3ZnC0.7/Ni异质纳米粒子电催化剂及其制备方法
CN109701518B (zh) 一种复合光催化剂及其制备方法和该催化剂在降解有机染料中的应用
CN111744506A (zh) 一种光催化材料BiOBr/ZnSn(OH)6@碳纤维布的制备方法
CN112264060A (zh) 一种Ag3PO4-Bi2WO6可见光催化剂的制备方法和应用
CN111957334A (zh) 一种复合三元异质结光催化剂制备方法
CN114602482B (zh) 一种铋层结构压电异质结催化剂及其制备方法
CN111957351B (zh) 一种ZnTPyP/WO3Z型材料、其制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20200522

WW01 Invention patent application withdrawn after publication