CN112316970A - 一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用 - Google Patents
一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112316970A CN112316970A CN202011212460.2A CN202011212460A CN112316970A CN 112316970 A CN112316970 A CN 112316970A CN 202011212460 A CN202011212460 A CN 202011212460A CN 112316970 A CN112316970 A CN 112316970A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nitride
- phase carbon
- defect
- photocatalyst
- graphite
- 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.)
- Pending
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 35
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 80
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 24
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 23
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 14
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 20
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 16
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract 1
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- JIHQDMXYYFUGFV-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-triazine Chemical group C1=NC=NC=N1 JIHQDMXYYFUGFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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
- B01J27/26—Cyanides
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/026—Preparation of ammonia from inorganic compounds
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多缺陷石墨相氮化碳材料的制备方法及应用。所述VN‑BC‑CN光催化剂是将双氰胺和硼酸的混合水溶液在70～90℃旋转蒸发，获得的前驱体在550～650℃下发生热缩合所得。本发明原料价格低廉，合成工艺简单，重复性好，易于大规模生产。本发明所得的VN‑BC‑CN光催化剂拥有氮空位、硼杂质原子以及氰基三种缺陷，材料的阻抗减小，具有缺陷能级，有利于光催化反应。将其应用于光催化固氮，在2h内VN‑BC‑CN的光催化固氮效率可达39.28mg/L/gcat/h，是相同方法下不添加硼酸制得的纯石墨相氮化碳光催化固氮效率的25.5倍。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂技术领域，特别涉及一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用。
背景技术
氨是工农业发展中非常重要的化学物质，但是自然界拥有的固氮方式和固氮量并不能满足工农业发展的需要，人工合成氨必不可少。目前工业上应用最多的是Haber-Bosch法，但这种方法在高温高压下才能进行，需要用到大量的氢能，是一个高能耗产业，而且生产过程中会释放大量的二氧化碳，不符合现在工业上“节能、绿色、环保”的新要求，这就要求我们寻找新的方式合成氨。光催化固氮可以利用清洁可再生的太阳能作为能量来源，反应在常温常压的温和条件下即可进行，原料使用氮气和水，副产物为氧气，对环境无危害，节能环保，是最有前景的人工固氮方式。但是目前光催化固氮发展还不成熟，面临很多技术难题，合适的光催化剂就是其中一项。
石墨相氮化碳是目前材料界公认的性能优良的非金属半导体光催化剂，其带隙和能带位置都能满足光催化固氮的要求，合成原料来源广泛，成本低廉，制作工艺简单，是一种有望实现大规模生产的光催化剂。但是材料本身对氮气的吸附性较低，光激发生成的电子和空穴易复合，可见光利用率较低，制约了材料的光催化固氮性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用，所得的VN-BC-CN光催化剂拥有氮空位、硼杂质原子以及氰基三种缺陷，材料的阻抗减小，具有缺陷能级，有利于光催化反应，原料价格低廉，合成工艺简单，重复性好，易于大规模生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤；
步骤1：将双氰胺和硼酸依次加入40～60mL超纯水中搅拌均匀，用恒温油浴继续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体50～70℃烘干后得到前驱体；
步骤2：将获得的前驱体放入管式炉煅烧，煅烧后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN光催化剂。
所述步骤1中双氰胺和硼酸的质量比为1:0.09～0.27。
所述步骤1中恒温油浴的温度为70～90℃。
所述步骤2中的升温速率为1～5℃/min。
所述步骤2中的煅烧温度为550～650℃。
所述步骤2中的煅烧时间为3～5h。
所述VN-BC-CN光催化剂用于光催化固氮。
所述VN-BC-CN光催化剂用于超纯水作质子源，在不添加空穴捕捉剂情况下将氮气转化为氨。
本发明的有益效果：
1)采用上述制备方法，本发明所述的石墨相氮化碳骨架中同时出现三种缺陷，分别是硼原子、氰基掺杂和氮空位，缺陷的存在导致了价带和导带之间缺陷能级的出现，使材料具备更好的光催化性能。该材料的缺陷能级靠近导带位置，缺陷能级的存在，一方面可以阻止光生电子和空穴的复合，另一方面可以利用较低能量的光激发的光生电子，即可以利用较长波长的光，从图3紫外-可见漫反射光谱显示为VN-BC-CN催化剂的光吸收边红移。
2)本发明所述的VN-BC-CN催化剂阻抗减小，光激发生成的光生电子可以更快地转移至有效活性位点参与光催化反应，使光生电子和空穴实现有效分离，提高了光生载流子的利用率。
3)本发明所述的VN-BC-CN催化剂中的氮空位可以容纳电子同时选择性吸附氮气分子，硼元素和氰基掺杂入石墨相氮化碳骨架后可作为电子受体。该材料适合主反应发生在材料导带位置的光催化反应，优选地，将其应用于光催化固氮。
4)本发明采用超纯水作为质子源来进行光催化固氮反应。为了提高光催化固氮效率，一般会在反应溶液中加入空穴捕捉剂来阻止光生载流子复合，提高光生电子利用率。由于上述1)～3)所述VN-BC-CN材料本身的优良特性，该发明中光催化固氮反应溶液不使用空穴捕捉剂。
附图说明
图1为实例1和对比例1的XRD图谱。
图2为实例1和对比例1的红外谱图。
图3为实例1和对比例1的XPS图谱：(a)全谱；(b)C1s；(c)N1s；(d)B1s。
图4为实例1和对比例1的紫外-可见漫反射光谱。
图5为实例1和对比例1的电化学阻抗谱图。
图6为实例1和对比例1的光催化固氮性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明VN-BC-CN光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取质量比为1:0.09～0.27的双氰胺和硼酸，将双氰胺和硼酸依次加入40～60mL超纯水中搅拌均匀，用70～90℃恒温油浴继续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体用烘箱60℃干燥后得到前驱体。
步骤2：将获得的前驱体放入管式炉煅烧，升温速率为1～5℃/min，550～650℃煅烧3～5h后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN。
本发明VN-BC-CN光催化剂在光催化固氮中的应用，其光催化固氮性能测试：
1)称取50mg VN-BC-CN光催化剂加入光催化反应器，加入50mL超纯水，将光催化反应器接入光催化***后持续搅拌,检查***气密性完好后将***抽真空，同时打开冷却循环水。
2)经光催化***进气阀通入高纯氮气(>99.9％)，黑暗条件下持续搅拌30min使氮气在水溶液中建立吸-脱附平衡。
3)30min后打开氙灯，光照固定时间间隔后用带有微孔过滤器的注射器取反应器中的溶液注入离子色谱测试溶液中的NH4 +浓度。
实例1：
步骤1：双氰胺和硼酸的质量比为1:0.18，称取4g双氰胺和0.72g硼酸依次加入50mL超纯水中搅拌均匀，在80℃恒温油浴中持续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体用烘箱60℃干燥后得到前驱体。
步骤2：将步骤1获得的前驱体转入带盖瓷舟中放入管式炉煅烧，升温速率为2.3℃/min，600℃煅烧4h，煅烧后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN光催化剂。
对比例1：
步骤1：称取4g双氰胺加入50mL超纯水中搅拌均匀，在80℃恒温油浴中持续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体用烘箱60℃干燥后得到前驱体。
步骤2：将步骤1获得的前驱体转入带盖瓷舟中放入管式炉煅烧，升温速率为2.3℃/min，600℃煅烧4h，煅烧后缓慢冷却至室温，得到纯石墨相氮化碳(GCN)。
实例2：
步骤1：双氰胺和硼酸的质量比为1:0.09，称取4g双氰胺和0.36g硼酸依次加入50mL超纯水中搅拌均匀，在80℃恒温油浴中持续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体用烘箱60℃干燥后得到前驱体。
步骤2：将步骤1获得的前驱体转入带盖瓷舟中放入管式炉煅烧，升温速率为2.3℃/min，600℃煅烧4h，煅烧后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN光催化剂。
实例3：
步骤1：双氰胺和硼酸的质量比为1:0.27，称取4g双氰胺和1.08g硼酸依次加入50mL超纯水中搅拌均匀，在80℃恒温油浴中持续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体用烘箱60℃干燥后得到前驱体。
步骤2：将步骤1获得的前驱体转入带盖瓷舟中放入管式炉煅烧，升温速率为2.3℃/min，600℃煅烧4h，煅烧后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN光催化剂。
实例4：
步骤1：双氰胺和硼酸的质量比为1:0.18，称取4g双氰胺和0.72g硼酸依次加入50mL超纯水中搅拌均匀，在80℃恒温油浴中持续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体用烘箱60℃干燥后得到前驱体。
步骤2：将步骤1获得的前驱体转入带盖瓷舟中放入管式炉煅烧，升温速率为2.3℃/min，550℃煅烧4h，煅烧后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN光催化剂。
实例5：
步骤1：双氰胺和硼酸的质量比为1:0.18，称取4g双氰胺和0.72g硼酸依次加入50mL超纯水中搅拌均匀，在80℃恒温油浴中持续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体用烘箱60℃干燥后得到前驱体。
步骤2：将步骤1获得的前驱体转入带盖瓷舟中放入管式炉煅烧，升温速率为2.3℃/min，650℃煅烧4h，煅烧后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN光催化剂。
研究发现石墨相氮化碳结构中的氮空位和氮气分子中氮原子的形状大小一致，可使材料选择性吸附氮气，提高材料对氮气的吸附能力。添加杂质原子和形成自身缺陷既可作为新的活性位点，又可改变材料的能带结构，由此增加材料的光催化性能。
本发明使用价格低廉的双氰胺和硼酸作为原料制备了硼原子和氰基共掺杂的含氮空位石墨相氮化碳(VN-BC-CN)，制备工艺简单。VN-BC-CN催化剂具有缺陷能级，电化学阻抗小，光生载流子分离效率和可见光利用率均提高，可以在不使用空穴捕捉剂的前提下以超纯水为质子源更高效地进行光催化固氮反应。
图1所示为实例1和对比例1的XRD图，GCN展示出石墨相氮化碳的两个典型衍射峰，分别位于13.0°和27.5°。VN-BC-CN光催化剂在13.0°的衍射峰消失，说明石墨相氮化碳的3,s-三嗪环结构被破坏，有缺陷存在。27.5°对应材料的典型中间，此位置VN-BC-CN的峰形变宽，峰值减弱，说明缺陷引起材料结构有序度降低。
图2所示为实例1和对比例1的红外谱图。相对于对比例1，VN-BC-CN的3,s-三嗪环结构、C-N环以及N-H键对应的振动吸收峰均减弱，结合图3(b)C1s和(c)N1s图谱可说明材料结构中缺陷可能存在的位置。此外，C≡N和B-N键振动吸收峰的出现，说明VN-BC-CN材料中氰基和硼原子成功掺杂入石墨相氮化碳骨架中，GCN结构骨架也有少量氰基存在。
图3所示为实例1和对比例1的XPS图谱，全谱图(a)和B1s图(d)再次证实了硼原子的成功掺杂。图3(c)中，398.2和399.1eV分别对应石墨相氮化碳结构中的N2C和N3C。其中，GCN的N2C/N3C比例为1.63，VN-BC-CN的N2C/N3C比例为2.61，说明VN-BC-CN中N3C位置出现氮缺失，形成氮空位。
图4所示实例1和对比例1的紫外-可见漫反射光谱显示，VN-BC-CN和GCN的本征吸收边均为467nm，但是由于VN-BC-CN中多种缺陷的存在，VN-BC-CN能利用较小能量的可见光，因此缺陷能级对应的光吸收边红移。
图5所示为实例1和对比例1的电化学阻抗谱图，VN-BC-CN高频区对应的圆弧半径比GCN小，说明VN-BC-CN的电荷转移电阻变小，光生载流子更易分离。
图6所示为实例1和对比例1的光催化固氮性能测试。30min暗反应期间，GCN和VN-BC-CN未发生固氮反应。光照2h后，GCN的光催化固氮效率为1.54mg/L/gcat/h，而VN-BC-CN的光催化固氮效率可达39.28mg/L/gcat/h，是GCN的25.5倍。证明VN-BC-CN具有更好的光催化活性。
Claims (8)
1.一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤1：将双氰胺和硼酸依次加入40～60mL超纯水中搅拌均匀，用恒温油浴继续搅拌使混合水溶液中的水分蒸发，所得的固体50～70℃烘干后得到前驱体；
步骤2：将获得的前驱体放入管式炉煅烧，煅烧后缓慢冷却至室温，得到VN-BC-CN光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中双氰胺和硼酸的质量比为1:0.09～0.27。
3.根据权利要求1所述的一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中恒温油浴的温度为70～90℃。
4.根据权利要求1所述的一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的升温速率为1～5℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的煅烧温度为550～650℃。
6.根据权利要求1所述的一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的煅烧时间为3～5h。
7.基于权利要求1-6所述一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的应用，其特征在于，所述VN-BC-CN光催化剂用于光催化固氮。
8.基于权利要求1-6所述一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的应用，其特征在于，所述VN-BC-CN光催化剂用于超纯水作质子源，在不添加空穴捕捉剂情况下将氮气转化为氨。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011212460.2A CN112316970A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011212460.2A CN112316970A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112316970A true CN112316970A (zh) | 2021-02-05 |
Family
ID=74323407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011212460.2A Pending CN112316970A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112316970A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113441165A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-09-28 | 陕西科技大学 | 一种VN/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 |
| CN114453001A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-10 | 江苏理工学院 | 芳环和氰基共掺杂的氮化碳纳米片及其制备方法和应用 |
| CN114733543A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-07-12 | 山东大学 | 一种硼修饰的氮化碳材料及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106669764A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-17 | 济南大学 | 一种软模板法制备掺杂氮化碳纳米材料的方法 |
| CN109569691A (zh) * | 2018-12-23 | 2019-04-05 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 硼掺杂氮化碳的制备方法及其产品和应用 |
| CN110016178A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-16 | 西北师范大学 | 一种三元有机-无机杂化材料复合阻燃剂及其应用 |
| CN110183773A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-08-30 | 西北师范大学 | 壳聚糖季铵盐有机插层蒙脱土复合材料的制备方法 |
| CN111740076A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-02 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种氮掺杂、硼掺杂或磷掺杂的石墨化氮化碳材料的制备方法 |
-
2020
- 2020-11-03 CN CN202011212460.2A patent/CN112316970A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106669764A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-17 | 济南大学 | 一种软模板法制备掺杂氮化碳纳米材料的方法 |
| CN109569691A (zh) * | 2018-12-23 | 2019-04-05 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 硼掺杂氮化碳的制备方法及其产品和应用 |
| CN110016178A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-16 | 西北师范大学 | 一种三元有机-无机杂化材料复合阻燃剂及其应用 |
| CN110183773A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-08-30 | 西北师范大学 | 壳聚糖季铵盐有机插层蒙脱土复合材料的制备方法 |
| CN111740076A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-02 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种氮掺杂、硼掺杂或磷掺杂的石墨化氮化碳材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WEIKANG WANG 等: "Formation of B-N-C Coordination to Stabilize the Exposed Active Nitrogen Atoms in g-C3N4 for Dramatically Enhanced Photocatalytic Ammonia Synthesis Performance", 《SMALL》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113441165A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-09-28 | 陕西科技大学 | 一种VN/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 |
| CN113441165B (zh) * | 2021-07-30 | 2022-11-29 | 陕西科技大学 | 一种VN/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 |
| CN114733543A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-07-12 | 山东大学 | 一种硼修饰的氮化碳材料及其制备方法和应用 |
| CN114453001A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-10 | 江苏理工学院 | 芳环和氰基共掺杂的氮化碳纳米片及其制备方法和应用 |
| CN114453001B (zh) * | 2022-03-10 | 2023-06-06 | 江苏理工学院 | 芳环和氰基共掺杂的氮化碳纳米片及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108940344B (zh) | 改性石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112316970A (zh) | 一种多缺陷石墨相氮化碳光催化剂的制备方法和应用 | |
| CN108067281B (zh) | 多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114367299B (zh) | 光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
| CN109046425A (zh) | 一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO2/g-C3N4的制备方法 | |
| CN109985618B (zh) | 一种H占据BiVO4-OVs的光催化材料、制备方法及其应用 | |
| CN108993574B (zh) | 一种高性能石墨相氮化碳光催化材料的制备方法 | |
| CN112023974B (zh) | 一种P-CeO2/g-C3N4异质结材料及其制备方法和应用 | |
| CN107983386B (zh) | 一种超薄BiOCl/氮掺杂石墨烯量子点复合光催化剂及制备方法 | |
| CN113262809A (zh) | 一种基于ZIF-67前驱体制备CdS@CoP@NC异质结光催化剂的方法 | |
| CN109589985B (zh) | 掺杂纳米锗酸锌的制备方法及其催化还原二氧化碳 | |
| CN114849752A (zh) | 六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112495402A (zh) | 一种二硫化钼负载钴掺杂氧化锌光催化降解材料及制法 | |
| CN111939957A (zh) | 一种光催化固氮材料多孔氮化碳纳米纤维/石墨烯的制备方法 | |
| CN111330568A (zh) | 碳布负载原位生长非贵金属Bi修饰BiVO4柔性易回收光催化材料、制备方法及其应用 | |
| CN116196944A (zh) | 一种生物质氮掺杂碳量子点耦合超薄BiOBr纳米片复合材料光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN110639586A (zh) | 一种花状g-C3N4/g-C3N4/BiOBr三元异质结光催化材料及其制备方法 | |
| CN110952143A (zh) | 一种介孔单晶钛酸锶的合成方法 | |
| CN113976127B (zh) | 一种光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112808290B (zh) | 烯醇-酮式共价有机骨架/石墨相氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113398934B (zh) | 一种C/FeNi纳米复合材料及其制备方法以及在催化固氮合成氨中的应用 | |
| CN111468133B (zh) | 一种铌酸钾/α-氧化铁异质光催化剂的制备方法 | |
| CN114558600A (zh) | 一种混合维度S掺杂g-C3N4基范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113828294A (zh) | 一种纳米TiO2/g-C3N4光催化材料的制备方法 | |
| CN113976157A (zh) | 一种三维多孔原位碳掺杂g-C3N4催化剂的制备方法 |
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 |