一種硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑及其在光催化降解tcp反應(yīng)及光催化制氫氣反應(yīng)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硫摻雜的石墨相氮化碳光催化 劑及其在光催化降解TCP反應(yīng)及光催化制氫氣反應(yīng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著近年來環(huán)境污染和能源危機(jī)為題的日益嚴(yán)重，太陽能，氫能等作為清潔能源 正在逐步取代傳統(tǒng)化石能源走上歷史舞臺。半導(dǎo)體材料作為光催化劑引起了來自物理、 化學(xué)、環(huán)保、材料等領(lǐng)域眾多學(xué)者的關(guān)注。目前的半導(dǎo)體光催化劑多為金屬氧化物和硫化 物。半導(dǎo)體光催化劑在光照之下，價(jià)帶的電子吸收光能躍迀至導(dǎo)帶，使催化劑產(chǎn)生大量的電 子-空穴對。這些電子和空穴具有很高的化學(xué)活性，分別能與反應(yīng)底物發(fā)生還原反應(yīng)和氧 化反應(yīng)。然而電子-空穴對很不穩(wěn)定，極易復(fù)合，導(dǎo)致量子效率很低而嚴(yán)重影響光催化效 率。此外，多數(shù)半導(dǎo)體催化劑能帶較寬，只能吸收波長小于400 nm的紫外光，而太陽光中紫 外光只占3~5%，極大地限制了對太陽能的利用。
[0003] 近年來，石墨相氮化碳（g_C3N4)作為非金屬半導(dǎo)體催化劑，得到了眾多學(xué)者的關(guān) 注。g_C 3N4具有類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，由單層的氮化碳通過層層堆疊而成，其基本結(jié)構(gòu)單 元為三嗪環(huán)和3-s-三嗪環(huán)，如下式所示。g_C 3N4具有無毒，熱穩(wěn)定性好、耐酸堿腐蝕等優(yōu)點(diǎn)， 其組成只有C和N，均為地球富含元素。此外，g-C 3N4的能帶寬度適中，約為2.7 eV，可以直 接吸收利用可見光，因此在光催化分解水制氫氣，降解有機(jī)污染物等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。雖然 g-C3N4具有適中的能帶，可以直接利用可見光，然而其電子-空穴分離效率仍然較低，大大 限制了其實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值[Nat. Mater. 2009，8，76-80]。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑，其特征在于：采用介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生 器，以H 2S為放電氣體對石墨相氮化碳光催化劑進(jìn)行放電，使硫物種摻入石墨相氮化碳晶 格。
2. 按權(quán)利要求1所述的硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑，其特征在于：所述放電過程中 的放電頻率為8~12 kHz，調(diào)壓器輸入電壓為60~80 V，放電氣體流速為60~100 ml/min，放 電時(shí)間為1〇~30 min。
3. 按權(quán)利要求2所述的硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑，其特征在于：所述的石墨相氮 化碳的制備方法如下，將5 g三聚氰胺裝入坩堝中，520 °C焙燒2 h，升溫速率均為5 °C/ min，空氣氣氛，冷卻至室溫，得到石墨相氮化碳光催化劑。
4. 一種如權(quán)利要求1所述硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑在光催化降解TCP反應(yīng)及光催 化制氫氣反應(yīng)中應(yīng)用。
5. 按權(quán)利要求4所述的硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑在光催化降解TCP反應(yīng)及光催 化制氫氣反應(yīng)中應(yīng)用，其特征在于：所述降解TCP反應(yīng)中，TCP濃度為60 X KT6g? mr1，光 催化劑用量為I g每升TCP溶液，光源為110 W高壓鈉燈，用濾光片濾去波長400 nm以下 的紫外光，反應(yīng)條件為30 °C，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，反應(yīng)時(shí)間為4 h;TCP濃度的測定采用高效液相色 譜儀，分離柱為反相色譜柱，流速為I mL/min，紫外檢測波長為210 nm，流動相為甲醇/水 = 90:10,柱溫為室溫，進(jìn)樣體積為20 yL。
6. 按權(quán)利要求4所述的硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑在光催化降解TCP反應(yīng)及光催化 制氫氣反應(yīng)中應(yīng)用，其特征在于：所述光催化制氫氣反應(yīng)中，向100 mL含10 vol%三乙醇 胺的溶液中加入o.l g光催化劑后，避光超聲分散10 min，將混合液轉(zhuǎn)入反應(yīng)器中；光源米 用300 W氙燈，用濾光片濾去波長400 nm以下的紫外光；光斑垂直向下從反應(yīng)器頂部照射 樣品；光照前，用真空泵將反應(yīng)器內(nèi)的空氣完全祛除；每小時(shí)采集一次氣體樣品進(jìn)行4含 量的定量分析；分析采用氣相色譜儀，檢測器為T⑶檢測器，色譜柱為5A分子篩，隊(duì)做載氣。
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硫摻雜石墨相氮化碳光催化劑及其在光催化降解TCP反應(yīng)及光催化制氫氣反應(yīng)中的應(yīng)用；其采用介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生器，以H2S為放電氣體對石墨相氮化碳催化劑進(jìn)行放電處理。硫物種在等離子體狀態(tài)下具有更高的活性，因此與傳統(tǒng)制備方法相比更容易摻入石墨相氮化碳晶。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是硫摻雜量可調(diào)節(jié)，產(chǎn)物催化劑比表面積大，可見光吸收能力強(qiáng)，電子-空穴分離效率高，光催化性能好。此方法制備的催化劑用于常見污染物2,4,6-三氯苯酚(TCP)的光催化降解過程及光催化分解水制氫氣過程，采用相同的評價(jià)裝置，與傳統(tǒng)方法制備的S摻雜石墨相氮化碳光催化劑相比，表現(xiàn)出更優(yōu)越的催化活性。
【IPC分類】C01B3-04, B01J27-24, A62D3-17, A62D101-28
【公開號】CN104722323
【申請?zhí)枴緾N201510029267
【發(fā)明人】胡紹爭, 李法云, 范志平, 王菲
【申請人】遼寧石油化工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月21日