一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和光催化制氫領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是針對(duì)目前環(huán)境污染及其能源危機(jī)等問(wèn)題，創(chuàng)立簡(jiǎn)便方法制備一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，從而降低光催化劑成本、提高光催化分解水產(chǎn)氫速率。本發(fā)明提出以醋酸鈷和氨水為原料，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下水熱獲得三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。合成方法簡(jiǎn)便、光催化產(chǎn)氫速率高、價(jià)格低廉，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中可大幅度節(jié)約成本，且無(wú)毒環(huán)保，是一種有較大工業(yè)光催化產(chǎn)氫前景的新型催化材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提出一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和光催化制氫領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]全球環(huán)境污染、能源危機(jī)日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)新型可持續(xù)能源備受世界各國(guó)的關(guān)注。其中氫氣因其來(lái)源豐富、燃燒值高效、燃燒產(chǎn)物清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的能源。 分解水制氫是有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的重要方法之一。而利用太陽(yáng)能分解水產(chǎn)氫，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)于氫能源中的化學(xué)能，這就提供了一種獲得氫氣的廉價(jià)、便捷的方法。開(kāi)發(fā)廉價(jià)高效的光催化劑是光催化分解水制氫的關(guān)鍵。
[0003]類(lèi)石墨烯碳氮化合物(又稱(chēng)g_C3N4)是一種無(wú)金屬化合物，禁帶寬度約為2.75eV，原料廉價(jià)、制備簡(jiǎn)便，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而具有廣泛的研究及應(yīng)用前景。 鈷元素廣泛存在于自然界中，廉價(jià)易得。單純的類(lèi)石墨烯碳氮化合物由于光生載流子快速?gòu)?fù)合，導(dǎo)致其光催化產(chǎn)氫速率極低，將三氧化二鈷與類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合制備光催化劑可以抑制類(lèi)石墨烯碳氮化合物光生載流子復(fù)合，從而大幅度提高光催化分解水制氫速率。
[0004]本發(fā)明成功制備的三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，價(jià)格低廉，穩(wěn)定性好，具有較高的光催化產(chǎn)氫速率，且尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)目前環(huán)境污染及其能源危機(jī)等問(wèn)題，創(chuàng)立簡(jiǎn)便方法制備一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，從而降低光催化劑成本、提高光催化分解水產(chǎn)氫速率。該復(fù)合催化劑的制備方法綠色環(huán)保，并且制備的復(fù)合催化劑具有較高光催化性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案，提出一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的簡(jiǎn)便制備方法，步驟為:
[0007](1)取適量硫脲置于坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中550°C煅燒2h，待馬弗爐降至室溫取出坩堝，將黃色固體后、置于坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中500°C煅燒2h，待馬弗爐降至室溫取出黃白色粉末即為類(lèi)石墨烯碳氮化合物；
[0008](2)取一定量的類(lèi)石墨烯碳氮化合物加入25mL聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，加入適量四水合醋酸鈷，隨后加入10mL無(wú)水乙醇超聲處理20min，結(jié)束后加入0.5mL濃氨水并開(kāi)始均勻攪拌，攪拌過(guò)程中通入氮?dú)狻?0min后停止通氣，并將反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)150°C 保溫3h。
[0009](3)反應(yīng)結(jié)束后，使用離心分離將固體分離，去離子水離心洗滌5-8次，乙醇洗滌1-3次，將所得固體物質(zhì)干燥，所得深灰色固體物質(zhì)即為產(chǎn)品三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明使用水熱方法可以快速制得三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，所得三氧化二鈷納米粒子均勻分散在類(lèi)石墨烯碳氮化合物表面，且其粒徑大小約為3-6nm，原料廉價(jià)、方法簡(jiǎn)便，降低了催化劑制備的成本;采用三氧化二鈷作為光催化反應(yīng)的助催化劑，大幅度提高催化效率。本發(fā)明所制備的三氧化二鈷質(zhì)/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，可用于光催化分解水產(chǎn)氫反應(yīng)，價(jià)格低廉，且產(chǎn)氫速率較高?！靖綀D說(shuō)明】
[0011]圖1是三氧化二鈷類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的透射電鏡圖片及其高分辨透射電鏡圖片。
[0012]圖2是三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑光催化產(chǎn)氫測(cè)試圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合一些實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的權(quán)利范圍不僅限于實(shí)施例的范圍。
[0014]實(shí)施例1
[0015](1)取20g硫脲置于4個(gè)坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中以2度每分的升溫速率升至 550°C，煅燒兩小時(shí)，待降至室溫取出坩堝，將固體研磨成粉末，將盛有固體粉末的坩堝置于馬弗爐，以2度每分升溫速率升至500°C，煅燒兩小時(shí)，待降至室溫取出黃白色固體粉末獲得類(lèi)石墨烯碳氮化合物；
[0016](2)取500mg類(lèi)石墨烯碳氮化合物置于25mL聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，加入 0.lg四水合醋酸鈷，隨后加入10mL無(wú)水乙醇超聲處理20min，結(jié)束后加入0.5ml濃氨水均勻攪拌，攪拌過(guò)程中通入氮?dú)饷摎?0min除去反應(yīng)體系中氧氣。[〇〇17](3)脫氣結(jié)束后將反應(yīng)釜置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)150°C保溫3h，待反應(yīng)結(jié)束后取出反應(yīng)釜室溫冷卻。將所得固體離心分離，去離子水洗滌5次，乙醇洗滌2次，將所得深灰色固體置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)50°C干燥一晚。所得深灰色固體即為三氧化二鈷/石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。所制備的三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑中三氧化二鈷的質(zhì)量百分含量為6.25%。
[0018]將制備的光催化劑進(jìn)行透射電鏡(圖1左示)，高分辨透射電鏡(圖1右所示)表征。
[0019]實(shí)施例2
[0020](1)實(shí)施例1中類(lèi)石墨烯碳氮化合物取500mg石墨烯碳氮化合物置于25mL聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，加入〇.〇8g四水合醋酸鈷，隨后加入10mL無(wú)水乙醇超聲處理20min，結(jié)束后加入0.5ml濃氨水均勻攪拌，攪拌過(guò)程中通入氮?dú)饷摎?0min除去反應(yīng)體系中氧氣。[0021 ](3)脫氣結(jié)束后將反應(yīng)釜置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)150°C保溫3h，待反應(yīng)結(jié)束后取出反應(yīng)釜室溫冷卻。將所得固體離心分離，去離子水洗滌5次，乙醇洗滌2次，將所得深灰色固體置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)50°C干燥一晚。所得深灰色固體即為三氧化二鈷/石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。所制備的三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑中三氧化二鈷的質(zhì)量百分含量為5.06%。[〇〇22] 實(shí)施例3
[0023](1)實(shí)施例1中類(lèi)石墨烯碳氮化合物取500mg石墨烯碳氮化合物置于25mL聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，加入〇.12g四水合醋酸鈷，隨后加入10mL無(wú)水乙醇超聲處理20min，結(jié)束后加入0.5ml濃氨水均勻攪拌，攪拌過(guò)程中通入氮?dú)饷摎?0min除去反應(yīng)體系中氧氣。[〇〇24](3)脫氣結(jié)束后將反應(yīng)釜置入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)150°C保溫3h，待反應(yīng)結(jié)束后取出反應(yīng)釜室溫冷卻。將所得固體離心分離，去離子水洗滌5次，乙醇洗滌2次，將所得深灰色固體置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)50°C干燥一晚。所得深灰色固體即為三氧化二鈷/石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。所制備的三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑中三氧化二鈷的質(zhì)量百分含量為7.40 %。
[0025]實(shí)施例4
[0026]將實(shí)施例1，2,3中三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑分別取10mg置于 25mL圓底燒瓶中，隨后加入lmL三乙醇胺，9mL水。超聲處理30s，使用氮?dú)饷摎?0min排除體系中氧氣，將圓底燒瓶置于300W氙光燈下，反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測(cè)反應(yīng)中生成的氫氣(圖2)。當(dāng)三氧化二鈷附著量為6.25% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，其光催化活性最高為275wii〇l g—V、
[0027]由上述各實(shí)施可看出，本發(fā)明所制備的三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑合成方法簡(jiǎn)便、光催化產(chǎn)氫速率高、價(jià)格低廉，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中可大幅度節(jié)約成本， 且無(wú)毒環(huán)保，是一種有較大工業(yè)光催化產(chǎn)氫前景的新型催化材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的簡(jiǎn)便制備方法，其特征在于按 照如下方案進(jìn)行:(1)取適量硫脲置于坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中550°C煅燒2h，待馬弗爐降至室溫取 出坩堝，將黃色固體研磨后、置于坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中500°C煅燒2h，待馬弗爐降至 室溫取出黃白色粉末即為類(lèi)石墨烯碳氮化合物(又稱(chēng)g_C3N4);(2)取一定量的類(lèi)石墨烯碳氮化合物加入25mL聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，加入適量 四水合醋酸鈷，隨后加入10mL無(wú)水乙醇超聲處理20min，結(jié)束后加入0.5mL濃氨水并開(kāi)始均 勻攪拌，攪拌過(guò)程中通入氮?dú)狻?0min后停止通氣，并將反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)150°C保溫 3h〇(3)反應(yīng)結(jié)束后，使用離心分離將固體分離，去離子水離心洗滌5-8次，乙醇洗滌1-3次， 將所得固體物質(zhì)干燥，所得深灰色固體物質(zhì)即為產(chǎn)品三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù) 合催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1制備的三氧化二鈷/類(lèi)石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，其特征在于用 于光催化產(chǎn)氫反應(yīng)。
【文檔編號(hào)】B01J27/24GK106076386SQ201610411855
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日 公開(kāi)號(hào)201610411855.2, CN 106076386 A, CN 106076386A, CN 201610411855, CN-A-106076386, CN106076386 A, CN106076386A, CN201610411855, CN201610411855.2
【發(fā)明人】董玉明, 李丹丹, 張?chǎng)? 孔令剛, 陳星 , 張瓊, 朱錦濤
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)