[发明专利]一种石墨相氮化碳的催化活性与温度梯度关系的研究方法

说明书

本发明公开了一种石墨相氮化碳的催化活性与温度梯度关系的研究方法，属于催化技术领域。通过对温度梯度的控制，一方面研究了石墨相氮化碳催化活性面在方向上的分布情况，另一方面研究了不同升温速率下的催化活性性能，对石墨相氮化碳作为催化剂使用时的制备过程和使用方法均具有指导意义，为光催化技术在实际应用中催化性能的提高提供一定的理论依据和实验基础。同时，该方法操作简便、容易实现，而且对环境友好。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种石墨相氮化碳的催化活性与温度梯度关系的研究方法。

背景技术

能源短缺和环境污染一直是困扰人类发展进步的两大突出问题。光催化技术以取之不尽用之不竭的太阳光为能源，在光解水制氢和污染物降解等领域受到广泛关注。利用光催化技术将太阳能转化成清洁、绿色的氢能加以储存，具有重要的研究价值和很好的应用前景。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种非金属光催化剂，因合适的禁带宽度(2.7eV)使其在可见光照射下就能进行光解水制氢反应而受到关注。此外，因其热稳定性和化学稳定性好、原料价格便宜等特点，广泛应用于光解水光催化领域。然而，通过三聚氰胺直接热聚合所得g-C₃N₄由于比表面积小、活性位点少以及光生电子和空穴复合率高等缺点，导致g-C₃N₄光催化活性低等问题，尤其在实际应用中对高活性面的应用极为重要，对催化性能起决定性作用。

g-C₃N₄光催化剂是一种二维层状材料堆砌而成的块体光催化材料，由于特殊的二维层状结构导致激发电子在层内传递阻力小，层间阻力大，以至于边缘位置((100)晶面)的活性远远高于二维平面上((002)晶面)的活性。传统的粉末状催剂充分与反应物(如光解水制氢，CO₂还原，NOx去除等)混合均匀，在催化过程中不用区分高活性面和低活性面即可实现高效的光催化反应。但在实际应用中，如在光催化壁纸中用于去除室内甲醛的应用中，光催化剂只有部分表面与室内空气接触，要采用有限的暴露面实现高效的光催化性能，必须使g-C₃N₄催化剂的高活性面充分暴露，因此，g-C₃N₄高活性面的研究具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种石墨相氮化碳的催化活性与温度梯度关系的研究方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种石墨相氮化碳的催化活性与温度梯度关系的研究方法，包括以下步骤：

步骤1：将纯化后的三聚氰胺粉末均匀撒入若干耐热容器中，由室温起，分别按不同的升温速率在具有明显方向性的热源加热下制取g-C₃N₄固体；

步骤2：将制得的g-C₃N₄固体取出，分别沿平行温度梯度方向和垂直温度梯度方向切成正方块，标记正方块每个表面与温度梯度之间的关系；

步骤3：用具有透光、隔水和绝缘性能的包覆材料均匀包覆g-C₃N₄正方块，然后分别暴露平行温度梯度方向和垂直温度梯度方向的g-C₃N₄正方块的表面，进行光催化性能测试实验，得到石墨相氮化碳的催化活性与温度梯度的关系。

优选地，步骤1中，纯化的三聚氰胺粉末是经过洗涤、烘干后得到的，洗涤是用无水乙醇和去离子水分别洗涤若干次；烘干是在50～80℃下进行烘干。

优选地，步骤1中，加热前，三聚氰胺粉末在耐热容器中进行敲击或超声震荡处理。

优选地，包覆材料为透明石蜡、高分子材料或清漆。

优选地，光催化性能实验前，将暴露的表面进行打磨处理。