催化劑的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及碳基材料g-C3N4，特指用原位生長法合成Ag量子點修飾的g_C3N4復合材料，用于光分解水制氫反應。
【背景技術】
[0002]自21世紀以來，化石能源的過度使用導致了全球的能源危機和環(huán)境危機，因此綠色能源的開發(fā)與利用已成為目前人類所面臨的最重要的挑戰(zhàn)之一；通過科學家的不懈努力，發(fā)現(xiàn)在催化劑的作用下光分解水制氫被公認為是應對挑戰(zhàn)的關鍵，該技術可以實現(xiàn)太陽能到化學能量的轉換，并且無污染的燃燒過程使氫在綠色能源方面有著不可比擬的優(yōu)勢；由于光分解水的性能受到催化劑光生電荷轉移、帶隙結構和穩(wěn)定性的直接影響，因此設-H 種新型尚效環(huán)保的催化劑是提尚制氣效率的關鍵。
[0003]近年來，一種具備類石墨烯結構的碳材料氮化碳(g_C3N4)半導體材料在光催化分解水制氫的領域中被大量的研究和報道；g_C3N4作為一種碳基材料，不僅具有制備原料來源廣，價格便宜，制備方法簡單且易于工業(yè)化等特點，而且由于它的禁帶寬度為2.7ev，能夠被可見光激發(fā)，可以吸收可見光分解水制氫；然而，對于一元光催化劑，g_C3N4也有很多缺點影響了其光催化性能的提高，特別是較高的電子空穴復合率，嚴重降低了其光催化效率，對于改善g_C3N4光催化性能，提高其電子空穴分離率一直是該領域研究的重點。
[0004]Ag作為一種重要的助催化劑在提高催化劑性能領域被廣泛應用，通過實驗發(fā)現(xiàn)Ag量子點修飾的g_C3N4電子與空穴的復合率降低，其光催化產(chǎn)氫性能獲得很大程度上的提尚O

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型、簡單的Ag/g_C3N4復合材料的合成方法，該方法以AgNO3、尿素為原料，利用原位生長法制得可見光響應的Ag量子點修飾的g_C3N4復合光催化材料。
[0006]本發(fā)明提供的一種可見光響應的Ag/g-C3N4復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(I)稱取尿素溶解于蒸餾水中并超聲得到溶液A。
[0007](2)將定量AgNO3加入到溶液A中，并在空氣中攪拌獲得溶液B。
[0008](3)將獲得的溶液B水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后烘干獲得樣品C。
[0009](4)將樣品C放置在馬弗爐中，為確保獲得多孔g_C3N4，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度，將馬弗爐升溫至550°C，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品D。
[0010](5)自然冷卻至室溫，將樣品D洗滌、干燥，獲得Ag量子點修飾的g_C3N4。
[0011]進一步地，步驟(I)中，超聲時間為20min。
[0012]進一步地，步驟(2)中，所述AgN(V^尿素的質量比分別為0.32%-2.4%，攪拌時間為 20 min。
[0013]進一步地，步驟(3)中，水浴加熱溫度為90°C，烘干指放入60°C烘箱中烘干。
[0014]進一步地，步驟(4)中，升溫速率為2.3攝氏度/每分鐘。
[0015]進一步地，步驟(5)中，洗滌指用去離子水和無水乙醇各自洗滌3次，干燥指在60° C烘箱中干燥12h。
[0016]本發(fā)明中Ag/g_C3N4復合材料的組成由X-射線光電子能譜(XPS)確定，X-射線光電子能譜圖中出現(xiàn)了 C、N和Ag的特征峰；該圖譜表明，由上述方法合成所制備的Ag/g-C3N4復合材料含有其所具有的所有元素。
[0017]通過透射電子顯微鏡(TEM)我們可以看到Ag量子點均勻的負載在g_C3N4表面，大小在 8_15nm0
[0018]本發(fā)明的另一個目的:將復合材料Ag/g_C3N4作為光催化材料用于可見光下光分解水制氫反應。
[0019]有益效果
利用原位生長法合成的Ag/g-C3N4復合材料，具有良好的化學穩(wěn)定性和可見光催化活性；本發(fā)明工藝簡單，重復性好，產(chǎn)率較高，符合綠色化學要求。
【附圖說明】
[0020]圖1 Ag 3d (a)，C Is (b), N ls(c)的 X-射線光電子能譜圖(XPS)，說明了 XPS 圖譜顯示其具備了所合成樣品的所有元素。
[0021]圖2為Ag/g-C3N4透射電子顯微鏡(TEM)，a圖為純g_C3N4，b圖為AgNO3摻雜質量比為x=0.32%生成的樣品，c圖為AgNO3摻雜質量比為x=0.8%生成的樣品，d圖為AgNO3摻雜質量比x=2.4%生成的樣品；圖中顯示出Ag量子點均勻的負載在g_C3N4表面，大小8-15nm。
[0022]圖3為AgN03.雜量為0.8%生成的Ag/g_C 3N4和純g_C 3N4的I_t圖，圖中顯示負載Ag量子點后，g_C3N4的光電流強度明顯增強。
[0023]圖4為不同AgN03.雜比例生成的Ag/g_C3N4的產(chǎn)氫效果圖，圖中顯示由于Ag的普拉斯曼效應，負載Ag量子點的g_C3N4產(chǎn)氫性能獲得提高，在AgNO 3摻雜質量比為x=0.8%時生成的樣品具有最佳產(chǎn)氫性能，當質量比大于0.8%時產(chǎn)氫性能降低，這主要是Ag量子點的凝聚作用導致活性位點減少，導致產(chǎn)氫性能降低。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細說明，以使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0025]實施例1
A、稱取10 g尿素溶解于40毫升蒸餾水中并超聲20分鐘得到溶液A。
[0026]B、將獲得的溶液A在90°C下水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后將其放入60°C烘箱中烘干，獲得樣品B。
[0027]C、將樣品B放在圓形坩禍中，將坩禍蓋上蓋子水平放置在馬弗爐中，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度。
[0028]D、以2.3攝氏度每分鐘的升溫速率將馬弗爐升溫至550°C，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品C。
[0029]E、自然冷卻至室溫，將樣品C用去離子水和無水乙醇各自洗滌3次，然后在60°C烘箱中干燥12h,獲得純g-C3N4。
[0030]實施例2
A、稱取10 g尿素溶解于40毫升蒸餾水中并超聲20分鐘得到溶液A。
[0031]B、將0.03 g AgNO3加入到溶液A中，并在空氣中攪拌20 min,獲得溶液B。
[0032]C、將獲得溶液B在90°C下水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后將其放入60°C烘箱中烘干，獲得樣品C。
[0033]D、將樣品C放在圓形坩禍中，將坩禍蓋上蓋子水平放置在馬弗爐中，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度。
[0034]E、以2.3攝氏度每分鐘的升溫速率將馬弗爐升溫至550°C，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品D。
[0035]F、自然冷卻至室溫，將樣品D用去離子水和無水乙醇各自洗滌3次，然后在60° C烘箱中干燥12h，獲得Ag量子點修飾的g_C3N4。
[0036]實施例3
A、稱取10 g尿素溶解于40毫升蒸餾水中并超聲20分鐘得到溶液A。
[0037]B、將0.08g AgNO3加入到溶液A中，并在空氣中攪拌20 min,獲得溶液B。
[0038]C、將獲得溶液B在90°C下水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后將其放入60°C烘箱中烘干，獲得樣品C。
[0039]D、將樣品C放在圓形坩禍中，將坩禍蓋上蓋子水平放置在馬弗爐中，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度。
[0040]E、以2.3攝氏度每分鐘的升溫速率將馬弗爐升溫至550°C，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品D。
[0041]、自然冷卻至室溫，將樣品D用去離子水和無水乙醇各自洗滌3次，然后在60°C烘箱中干燥12h，獲得Ag量子點修飾的g_C3N4。
[0042]實施例4
A、稱取10g尿素溶解于40毫升并超聲20分鐘得到溶液A
B、將0.128g AgN03加入到溶液A中，并在空氣中攪拌20 min,獲得溶液B
C、將獲得溶液B在90°C下水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后將其放入60°C烘箱中烘干，獲得樣品C ;
D、將樣品C放在圓形坩禍中，將坩禍蓋上蓋子水平放置在馬弗爐中，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度。
[0043]E、以2.3攝氏度每分鐘的升溫速率將馬弗爐升溫至550°C，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品D。
[0044]F、自然冷卻至室溫，將樣品D用去離子水和無水乙醇各自洗滌3次，然后在60° C烘箱中干燥12h，獲得Ag量子點修飾的g_C3N4
實施例5
A、稱取10 g尿素溶解于40毫升蒸餾水中并超聲20分鐘得到溶液A。
[0045]B、將0.24g AgNO3加入到溶液A中，并在空氣中攪拌20 min,獲得溶液B。
[0046]C、將獲得溶液B在90°C下水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后將其放入60°C烘箱中烘干，獲得樣品C。
[0047]D、將樣品C放在圓形坩禍中，將坩禍蓋上蓋子水平放置在馬弗爐中，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度。
[0048]E、以2.3攝氏度每分鐘的升溫速率將馬弗爐升溫至550°C，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品D。
[0049]F、自然冷卻至室溫，將樣品D用去離子水和無水乙醇各自洗滌3次，然后在60° C烘箱中干燥12h，獲得Ag量子點修飾的g_C3N4。
【主權項】
1.一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于按照以下步驟進行: (I)稱取尿素溶解于蒸餾水中并超聲得到溶液A ; (2 )將定量AgNO3加入到溶液A中，并在空氣中攪拌獲得溶液B ; (3)將獲得的溶液B水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后烘干獲得樣品C; (4)將樣品C放置在馬弗爐中，為確保獲得多孔g_C3N4，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度，將馬弗爐升溫至550°C，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品D ; (5)自然冷卻至室溫，將樣品D洗滌、干燥，獲得Ag量子點修飾的g_C3N4。2.如權利要求1所述的一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于:所述Ag/g-C3N4催化劑，Ag量子點均勻的負載在g_C3N4表面，大小在8-15nm。3.如權利要求1所述的一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于:步驟(I)中，超聲時間為20min。4.如權利要求1所述的一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于:步驟(2)中，所述481^03與尿素的質量比分別為0.32%-2.4%，攪拌時間為20 min。5.如權利要求4所述的一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于:步驟(2)中，所述八8勵3與尿素的質量比分別為0.8%。6.如權利要求1所述的一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于:步驟(3)中，水浴加熱溫度為90°C，烘干指放入60°C烘箱中烘干。7.如權利要求1所述的一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于:步驟(4)中，升溫速率為2.3攝氏度/每分鐘。8.如權利要求1所述的一種制備Ag/g-C3N4催化劑的方法，其特征在于:步驟(5)中，洗滌指用去離子水和無水乙醇各自洗滌3次，干燥指在60° C烘箱中干燥12h。9.采用如權利要求1所述方法制備的Ag/g-C3N4催化劑用于可見光下光分解水制氫反應的用途。
【專利摘要】本發(fā)明涉及碳基材料g-C3N4，特指用原位生長法合成Ag量子點修飾的g-C3N4復合材料，其特征在于包括以下步驟：稱取尿素溶解于蒸餾水中并超聲得到溶液A；將定量AgNO3加入到溶液A中，并在空氣中攪拌獲得溶液B；將獲得的溶液B水浴加熱并不斷攪拌至快蒸干，然后烘干獲得樣品C；將樣品C放置在馬弗爐中，為確保獲得多孔g-C3N4，保證馬弗爐的初始溫度小于80攝氏度，將馬弗爐升溫至550℃，并保持下該溫度下4小時，獲得樣品D；自然冷卻至室溫，將樣品D洗滌、干燥，獲得Ag量子點修飾的g-C3N4，可用于光分解水制氫反應。
【IPC分類】B01J27/24, C01B3/04
【公開號】CN105214711
【申請?zhí)枴緾N201510714630
【發(fā)明人】施偉東, 陳天俊, 胡泊, 李春發(fā), 樊明山, 宋澄杰
【申請人】江蘇大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月29日