CN116099565A - 提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法 - Google Patents
提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116099565A CN116099565A CN202211669989.6A CN202211669989A CN116099565A CN 116099565 A CN116099565 A CN 116099565A CN 202211669989 A CN202211669989 A CN 202211669989A CN 116099565 A CN116099565 A CN 116099565A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- red
- visible light
- carbon nitride
- phase carbon
- graphite phase
- 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 30
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 102100022094 Acid-sensing ion channel 2 Human genes 0.000 claims abstract description 34
- 101000901079 Homo sapiens Acid-sensing ion channel 2 Proteins 0.000 claims abstract description 34
- QLDHWVVRQCGZLE-UHFFFAOYSA-N acetyl cyanide Chemical compound CC(=O)C#N QLDHWVVRQCGZLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 31
- ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N isocyanuric acid Chemical compound OC1=NC(O)=NC(O)=N1 ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 24
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 15
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 7
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 5
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 abstract description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 3
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 12
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 8
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 8
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 4
- OWYWGLHRNBIFJP-UHFFFAOYSA-N Ipazine Chemical group CCN(CC)C1=NC(Cl)=NC(NC(C)C)=N1 OWYWGLHRNBIFJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 150000007974 melamines Chemical class 0.000 description 3
- -1 nitrate ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- YSRVJVDFHZYRPA-UHFFFAOYSA-N melem Chemical group NC1=NC(N23)=NC(N)=NC2=NC(N)=NC3=N1 YSRVJVDFHZYRPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- ZQKXQUJXLSSJCH-UHFFFAOYSA-N melamine cyanurate Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1.O=C1NC(=O)NC(=O)N1 ZQKXQUJXLSSJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
本发明涉及一种提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法，首先将三聚氰胺加入浓硝酸中质子化处理，过滤掉硝酸清洗得到三聚氰胺。取乙醇和去离子水以及三聚氰酸混合搅拌。接着将P‑MA加入到三聚氰酸溶液中，加硝酸。然后置于油浴锅中在80℃的温度下搅拌，再置于真空干燥箱干燥，得到粘性较大的黄色前驱体。最后，将前驱体置于坩埚中，放入马弗炉中煅烧使其发生相变，待其冷却到室温。即可得到超高吸光能力的ACCN。本发明通过对前驱体的修饰，与公开利用三聚氰胺和三聚氰酸形成超分子自组装的方法相比，该方法制备的光催化剂对可见光有更强的吸光能力，并且具有更高的析氢性能，使用的原料廉价易得，环境友好，能够大规模进行制备。
Description
技术领域
本发明属于光催化功能材料领域，涉及一种提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法。
背景技术
化石燃料等不可再生能源的过度使用使得未来能源危机日益加重。人类迫切的需要清洁无污染的可再生能源。自1967年日本科学家藤岛昭发现二氧化钛电极表面的水分子在紫外光照射下发生氧化反应生成氧气以来，人类对光催化技术的研究便如火如荼的展开，g-C3N4因其制备简单、对环境无污染、组成元素储量丰富、稳定性好等优势备受研究人员的青睐。但是其光催化效率较低依然限制着其进一步的实际应用，主要原因有以下三点：第一，由于g-C3N4纳米材料的表面能较大，根据能量越低越稳定的原理，在聚合形成g-C3N4时会自发的发生团聚现象以降低表面能，进而造成光催化剂的活性位点无法得到充分的暴露；第二，一般的光催化剂只能吸收利用占太阳光谱3-5％的紫外光(小于400nm)，而对含量(42-43％)丰富的可见光(400-700nm)却没有得到充分利用；三，由于光生电子和光生空穴之间存在较强的库仑力，光生载流子容易发生复合，仅有少部分光生电子参加了析氢反应。因此，研究人员通过各种手段力图克服上述三大难点。本发明得到的ACCN具有65.173m2/g的大比表面积，并且促进了氮原子上的孤对电子在n→π*的电子激发，使400nm-650nm的可见光吸收率显著提高。因此，本次发明制备的ACCN在提高可见光利用率这个问题上具有重要的意义和参考。
文献1“Tahereh Mahvelati-Shamsabadi,Hossein Fattahimoghaddam,etal.Synthesis of hexagonal rosettes of g-C3N4 with boosted charge transfer forthe enhanced visible-light photocatalytic hydrogen evolution and hydrogenperoxide production[J].Journal of Colloid and Interface Science,2021,597,345-360.”公开了一种利用三聚氰胺和三聚氰酸配合物合成石墨相氮化碳的方法，将等摩尔比的三聚氰胺和三聚氰酸(共5g)在100ml的去离子水中混合6h，随后将溶液置于离心机中以4000rpm的转速离心三次得到的白色沉淀，在70℃的温度下干燥过夜，最后经过煅烧得到石墨相氮化碳。尽管该方法延长了光生载流子的寿命，提高了光催化反应的活性位点。但是对含量丰富的可见光利用率却较低，进而限制了光催化活性的提升。
文献2“Shuo Zhao,Yiwei Zhang,et al.Facile one-step synthesis of hollowmesoporous g-C3N4 spheres with ultrathin nanosheets for photoredox watersplitting[J].Carbon,2018,126,247-256.”公开了一种利用三聚氰胺和三聚氰酸的氢键超分子自组装和离子液体的结构导向特性，开发了一种合成高比表面积，高孔隙率的中空介孔g-C3N4球。尽管该方法制备的g-C3N4暴露出更多的活性位点，提高了光生载流子的分离速率，也提高了光催化析氢速率。但是采用这种方法制备的材料稳定性非常差，经过16h四次循环测试之后，性能下降至73％，而且该材料对占比较少的紫外光有较高的吸收，却对含量丰富的可见光吸收很少。
已公开的利用三聚氰酸和三聚氰胺的超分子自组装的方法中，对光催化剂关注更多的是通过对光催化剂材料的改性，获得大的比表面积以及降低光生载流子的复合率问题，但拓宽对可见光的吸收仍然存在挑战，本次发明通过用硝酸对前驱体的质子化处理，使硝酸根离子和三聚氰酸协同调控前驱体三聚氰胺的聚合，使七嗪环单元的结构发生扭曲，规整有序的蜜勒胺环的有序度受到一定程度的破坏，使蜜勒胺环中氮原子上的孤对电子也能够发生n→π*激发，从而使更多的光生载流子参与析氢反应，得到的ACCN可以吸收400nm到650nm左右的波长，极大地提高了样品在可见光区的光利用率，拥有65m2/g的比表面积，为催化反应提供了大量的活性位点，在光催化析氢学术研究中有着重要的意义。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法，弥补现有方法中g-C3N4对可见光利用率不足的问题。该方法用硝酸处理三聚氰胺，得到质子化的三聚氰胺，质子化的三聚氰胺和三聚氰酸形成了新的超分子自组装配合物，在形成配合物的过程中加入硝酸经真空干燥箱干燥之后可以得到粘性较大的黄褐色前驱体，经过高温煅烧发生相变之后，即可得到超高吸光能力的ACCN。
技术方案
一种提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：称取重量为1～2g的三聚氰胺放入25～75ml的浓硝酸中，搅拌均匀；
步骤2：过滤步骤1中经硝酸处理的三聚氰胺并用去离子水清洗多次得到固体产物，将固体产物加入三聚氰酸溶液中，超声处理；
所述三聚氰酸溶液是20～60ml的去离子水、20～60ml的无水乙醇和1～3g三聚氰酸的混合溶液；
步骤3：将上述混合好的溶液在油浴锅中以70～90℃的温度搅拌4～12h后干燥，得到黄褐色前驱体；
步骤4：将黄褐色前驱体研磨后放入坩埚中，置于马弗炉中以2～5℃/min的升温速率升温到530～550℃，并保温2～4h，冷却到室温后得到的淡红色粉末即为ACCN。
上述配比为制备一份的计量。
所述浓硝酸的浓度为68％。
所述步骤1搅拌均匀是采用磁力搅拌机搅拌1～3h。
所述步骤2的过滤采用滤纸。
所述步骤2用去离子水清洗三次。
所述步骤2加入三聚氰酸溶液中后超声处理30～60min。
所述三聚氰酸的混合溶液混合时搅拌至少30min。
所述步骤3是放入真空干燥箱中75～90℃下干燥。
一种所述方法制备的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于：所述红色超分子石墨相氮化碳ACCN催化剂具有65.173m2/g的大比表面积，并且促进氮原子上的孤对电子在n→π*的电子激发，使400nm-650nm的可见光吸收率相比较传统方法制备的CCN显著提高2.18倍。
有益效果
本发明提出的一种提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法，是一种提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳(g-C3N4)光催化剂及制备方法，通过简单的两步法得到增强光吸收能力的红色石墨相氮化碳(ACCN)。首先将三聚氰胺加入浓硝酸中质子化处理一小时，然后通过滤纸过滤掉硝酸，再用去离子水清洗三次，得到质子化处理的三聚氰胺(P-MA)。其次，分别取乙醇和去离子水置于烧杯中，将三聚氰酸加入烧杯中并搅拌半小时。接着将P-MA加入到配置好的三聚氰酸溶液中，再用胶头滴管滴加适量的硝酸。由于P-MA团聚现象十分严重，为了更有效地形成三聚氰胺和三聚氰酸的超分子自组装，首先将加入P-MA的三聚氰酸溶液用超声波处理，然后置于油浴锅中在80℃的温度下搅拌，再置于真空干燥箱干燥，得到粘性较大的黄色前驱体。最后，将前驱体置于坩埚中，放入马弗炉中煅烧使其发生相变，待其冷却到室温。即可得到超高吸光能力的ACCN。本发明通过对前驱体的修饰，与公开利用三聚氰胺和三聚氰酸形成超分子自组装的方法相比，该方法制备的光催化剂对可见光有更强的吸光能力，并且具有更高的析氢性能，使用的原料廉价易得，环境友好，能够大规模进行制备。
本发明的有益效果是：该方法使用的试剂硝酸，三聚氰胺和三聚氰酸价格相对便宜，利用彼此之间的分子间作用力形成配合物，引入适量的硝酸根离子可以协同三聚氰酸分子影响前驱体三聚氰胺的聚合，使七嗪环结构单元发生扭曲，使g-C3N4中氮原子上的孤对电子能够受到可见光激发，电子从n能级向π*发生跃迁，大大提高了g-C3N4对可见光的利用率，采用该方法得到的材料不仅缩短了g-C3N4分子层间的距离而且还具有相对较大的比表面积，缩短的层间距有利于电子沿π-π共轭方向传导，有利于电子传输。大的比表面积能为光催化析氢反应提供大量的活性位点。采用该方法得到的ACCN不含有毒的金属元素，制作成本低，能够实现大规模生产。
附图说明
图1是本发明实例三制备的ACCN粉末光催化剂的透射电子显微镜(TEM)图片。
图2中曲线1和曲线2分别是本发明实例三制备的利用传统的方法制备的g-C3N4和本次发明制备的ACCN光催化剂的X射线衍射(XRD)图谱
图3中曲线3和曲线4是分别是本发明实例三采用超分子自组装方法制备的ACCN以及传统方法制成的g-C3N4的紫外-可见吸收光谱(UV-vis)
图4中曲线5和曲线6分别是本发明实例三制备的ACCN与传统方法制成的g-C3N4的析氢性能比较图。
图5是本发明实例三制备的ACCN和采用传统方法制备的CCN的有效光利用对比图。
图6：是本发明实例三制备的ACCN粉末光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图片。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例一：
步骤一、称取1g三聚氰胺放入75ml浓度为68％的浓硝酸中，用磁力搅拌机搅拌3h。
步骤二、量取60ml的去离子水和20ml的无水乙醇加入到100ml的烧杯中，并加入3g三聚氰酸搅拌30min。
步骤三、用滤纸过滤步骤一中经硝酸处理的三聚氰胺并用去离子水清洗三次，再将清洗好后的固体产物加入到步骤二的三聚氰酸溶液中，超声60min。
步骤四、将上述混合好的溶液在油浴锅中以70℃的温度搅拌12h，放入真空干燥箱中80℃下干燥。
步骤五、将步骤四中干燥后得到的黄褐色前驱体研磨后放入坩埚中，置于马弗炉中以5℃/min的升温速率升温到530℃，并保温2h，冷却到室温后得到的淡红色粉末即为ACCN。
实施例二：
步骤一、称取1.5g三聚氰胺放入25ml浓度为68％的浓硝酸中，用磁力搅拌机搅拌2h。
步骤二、量取20ml的去离子水和60ml的无水乙醇加入到100ml的烧杯中，并加入1g三聚氰酸搅拌30min。
步骤三、用滤纸过滤步骤一中经硝酸处理的三聚氰胺并用去离子水清洗三次，再将清洗好后的固体产物加入到步骤二的三聚氰酸溶液中，超声40min。
步骤四、将上述混合好的溶液在油浴锅中以90℃的温度搅拌4h，放入真空干燥箱中80℃下干燥。
步骤五、将步骤四中干燥后得到的黄褐色前驱体研磨后放入坩埚中，置于马弗炉中以2℃/min的升温速率升温到540℃，并保温3h，冷却到室温后得到的淡红色粉末即为ACCN。
实施例三：
步骤一、称取2g三聚氰胺放入50ml浓度为68％的浓硝酸中，用磁力搅拌机搅拌1h。
步骤二、量取40ml的去离子水和40ml的无水乙醇加入到100ml的烧杯中，并加入2g三聚氰酸搅拌30min。
步骤三、用滤纸过滤步骤一中经硝酸处理的三聚氰胺并用去离子水清洗三次，再将清洗好后的固体产物加入到步骤二的三聚氰酸溶液中，超声30min。
步骤四、将上述混合好的溶液在油浴锅中以80℃的温度搅拌5h，放入真空干燥箱中80℃下干燥。
步骤五、将步骤四中干燥后得到的黄褐色前驱体研磨后放入坩埚中，置于马弗炉中以2℃/min的升温速率升温到550℃，并保温4h，冷却到室温后得到的淡红色粉末即为ACCN。
图1是本发明实例三制备的ACCN光催化剂的透射电子显微镜(TEM)图片，在以往的报道中，未经任何修饰的三聚氰胺团聚现象十分严重，这种形貌不利于电子的传输以及活性位点难以得到暴露，从图中我们可以看到，合成的ACCN并没有明显的团聚现象，而且这种薄片状的ACCN有利于光生载流子从样品中心迁移至表面，从而避免了光生载流子在样品内部发生复合。
图2中曲线1和曲线2是本发明实例三采用传统方法制备的g-C3N4以及本次发明制得的ACCN的XRD图谱。对比曲线1和曲线2，可以看出ACCN的(002)晶面向高角度移动，这就说明石墨相氮化碳层间距离减小了，有利于电子沿π-π共轭平面堆垛的方向传导，同时还发现ACCN的结晶性有所下降，这主要是因为硝酸根离子扭曲了七嗪环单元，使样品的长程有序度大大降低。
图3中曲线3和曲线4是本发明实例三制得的ACCN和采用传统方法制备的g-C3N4的紫外-可见光吸收图谱(UV-vis)，从曲线4可以观察到样品对450nm以上的可见光并没有很好的吸收，而我们本次制得的红色石墨相氮化碳可以吸收400nm到650nm的可见光，从而极大促进光催化性能。
图4中曲线5和曲线6是本发明实例三制得的ACCN与采用传统方法制备的g-C3N4的光催化析氢性能作比较，可以看出红色的石墨相氮化碳具有提升的光催化析氢速率，4h总产氢量是传统方法合成的g-C3N4的4倍。其原因归结于ACCN对可见光拥有优异的光吸收能力，大的比表面积以及良好的载流子分离能力。
图5是本发明实例三制备的ACCN和采用传统方法制备的CCN的有效光利用对比图。图中阴影部分的面积表示的是ACCN和CCN的有效可见光，这些光子可以直接激发半导体光催化剂产生光生载流子进而参与光催化反应。相比较于传统方法制备的CCN，本项目实例三制备的ACCN的有效吸光度显著提高了2.18倍，这对提高光催化效率十分有利。
图6是本发明实例三制备的ACCN粉末光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图片。可以看出，这种薄片状的氮化碳可以为光催化反应提供更多的活性位点，有利于光催化反应地进行。
Claims (9)
1.一种提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：称取重量为1～2g的三聚氰胺放入25～75ml的浓硝酸中，搅拌均匀；
步骤2：过滤步骤1中经硝酸处理的三聚氰胺并用去离子水清洗多次得到固体产物，将固体产物加入三聚氰酸溶液中，超声处理；
所述三聚氰酸溶液是20～60ml的去离子水、20～60ml的无水乙醇和1～3g三聚氰酸的混合溶液；
步骤3：将上述混合好的溶液在油浴锅中以70～90℃的温度搅拌4～12h后干燥，得到黄褐色前驱体；
步骤4：将黄褐色前驱体研磨后放入坩埚中，置于马弗炉中以2～5℃/min的升温速率升温到530～550℃，并保温2～4h，冷却到室温后得到的淡红色粉末即为ACCN。
上述配比为制备一份的计量。
2.根据权利要求1所述提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于：所述浓硝酸的浓度为68％。
3.根据权利要求1所述提高可见光利用率的红色超分子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搅拌均匀是采用磁力搅拌机搅拌1～3h。
4.根据权利要求1所述提高可见光利用率的红色超分子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的过滤采用滤纸。
5.根据权利要求1所述提高可见光利用率的红色超分子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用去离子水清洗三次。
6.根据权利要求1所述提高可见光利用率的红色超分子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加入三聚氰酸溶液中后超声处理30～60min。
7.根据权利要求1所述提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于：所述三聚氰酸的混合溶液混合时搅拌至少30min。
8.根据权利要求1所述提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3是放入真空干燥箱中75～90℃下干燥。
9.一种权利要求1～8任一项所述方法制备的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂，其特征在于：所述红色超分子石墨相氮化碳ACCN催化剂具有65.173m2/g的大比表面积，并且促进氮原子上的孤对电子在n→π*的电子激发，使400nm-650nm的可见光吸收率相比较传统方法制备的CCN显著提高2.18倍。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211669989.6A CN116099565A (zh) | 2022-12-25 | 2022-12-25 | 提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211669989.6A CN116099565A (zh) | 2022-12-25 | 2022-12-25 | 提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116099565A true CN116099565A (zh) | 2023-05-12 |
Family
ID=86255354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211669989.6A Pending CN116099565A (zh) | 2022-12-25 | 2022-12-25 | 提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116099565A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170232427A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-17 | The George Washington University | Doped graphitic carbon nitrides, methods of making and uses of the same |
| CN110002414A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-12 | 张家港市东大工业技术研究院 | 一种多孔氮化碳纳米管的制备方法 |
| CN110697667A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-01-17 | 河海大学 | 可见光响应的管状g-C3N4的制备方法 |
| CN113000061A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-22 | 西北工业大学 | 一种带状石墨氮化碳纳米片的制备方法 |
| CN113019415A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-25 | 南京工业大学 | 一种铁基超分子石墨相氮化碳光催化剂的制备方法 |
| CN113908872A (zh) * | 2021-09-17 | 2022-01-11 | 东南大学 | 一种双空位石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 |
| CN114225957A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-25 | 西南大学 | 一种碳掺杂超分子聚合氮化碳可见光催化剂及其应用 |
| CN114367299A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-04-19 | 西安交通大学 | 光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 |
-
2022
- 2022-12-25 CN CN202211669989.6A patent/CN116099565A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170232427A1 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-17 | The George Washington University | Doped graphitic carbon nitrides, methods of making and uses of the same |
| CN110002414A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-12 | 张家港市东大工业技术研究院 | 一种多孔氮化碳纳米管的制备方法 |
| CN110697667A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-01-17 | 河海大学 | 可见光响应的管状g-C3N4的制备方法 |
| CN113000061A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-22 | 西北工业大学 | 一种带状石墨氮化碳纳米片的制备方法 |
| CN113019415A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-25 | 南京工业大学 | 一种铁基超分子石墨相氮化碳光催化剂的制备方法 |
| CN113908872A (zh) * | 2021-09-17 | 2022-01-11 | 东南大学 | 一种双空位石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 |
| CN114225957A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-25 | 西南大学 | 一种碳掺杂超分子聚合氮化碳可见光催化剂及其应用 |
| CN114367299A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-04-19 | 西安交通大学 | 光催化产氢用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 叶仕雄等: "硝酸活化三聚氰胺前驱体对g-C3N4 结构和可见光催化性能的影响", 无机化学学报, vol. 36, no. 1, 31 January 2020 (2020-01-31), pages 1 * |
| 李师;王毅;: "石墨相氮化碳的制备和应用进展", 皮革与化工, no. 03, 25 June 2020 (2020-06-25) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108607593B (zh) | 硫化镉纳米粒子修饰的五氧化二铌纳米棒/氮掺杂石墨烯复合光催化剂与应用 | |
| CN113426470B (zh) | 一种钾、氯、碘共掺杂氮化碳及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法 | |
| CN111921550B (zh) | 一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂及其制备方法 | |
| CN105289689A (zh) | 一种氮掺杂石墨烯量子点/类石墨烯相氮化碳复合材料的合成及应用 | |
| CN113058617B (zh) | 一种光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113145138B (zh) | 热响应型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 | |
| CN113201147A (zh) | 一类二维卟啉MOFs材料的合成和应用 | |
| CN112495421A (zh) | 一种氮掺杂碳量子点修饰富氮石墨型氮化碳光催化剂的制备方法 | |
| CN113751047A (zh) | 一种共价有机框架-氮化碳纳米片杂化光催化析氢材料及其制备方法和应用 | |
| CN115069262A (zh) | 一种氧空位修饰的MoO3-x/Fe-W18O49光催化剂及其制备和固氮中的应用 | |
| CN113967481B (zh) | 一种类球状MoP-HCCN复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN107597147A (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 | |
| CN111617783B (zh) | 含有氧空位的暗红色BiOI亚微米球催化剂、制备方法及其在光催化分解水制氢中的应用 | |
| CN116099565A (zh) | 提高可见光利用率的红色超分子石墨相氮化碳光催化剂及制备方法 | |
| CN115181265B (zh) | 一种亚甲基修饰共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用 | |
| CN114345383B (zh) | 一种氧化铟/磷化铟空心六棱柱p-n结异质结构光催化剂及其制备和应用 | |
| CN114904550A (zh) | 一种高效制备三聚氰胺自组装超分子材料的方法 | |
| CN114904541A (zh) | 一种CdSe量子点/三维层状Ti3C2复合光催化剂的制备方法 | |
| CN114984937A (zh) | 一种空间分离的双空位二氧化钛同质结催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114308126A (zh) | 一种K4Nb6O17微米花/Co-TCPP MOF析氢催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN109289925B (zh) | 类石墨相氮化碳/镉有机配位聚合物纳米复合材料的制备及应用 | |
| CN111547822A (zh) | 一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法 | |
| CN114653402B (zh) | 一种过渡金属配合物@共价有机框架光催化剂制备方法 | |
| CN114984965B (zh) | 一种p-n异质结复合光催化剂Cu2O/MTiO3、制备方法及其应用 |
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 |