[发明专利]一种光催化能源转化材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种光催化能源转化材料，包括碳化硅纳米片，其特征在于，所述碳化硅纳米片表面负载有碳包铁纳米颗粒助催化剂，所述碳包铁纳米颗粒助催化剂具有核壳纳米结构，其内部是铁纳米颗粒，周围包覆有类石墨烯结构的碳层；

所述光催化能源转化材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）原料的混合与成型：将有机铁分子材料加入氧化石墨烯溶液中，超声混合均匀后，使用液氮迅速冷却，而后进行冷冻成型干燥，得到三维气凝胶材料；

（2）高温碳化：将步骤（1）所得三维气凝胶材料置于氮气气氛中加热升温，并保温，进行碳化处理；

（3）酸洗除去不稳定组分：将碳化后的产物置于稀硫酸中，搅拌，进行酸洗，除去未被包覆的铁组分；

（4）碳热转化反应：将酸洗后的产物置于石墨坩埚中硅源的上方，而后于氩气气氛中加热，发生碳热转化反应，自然冷却，即成。

2.根据权利要求1所述的光催化能源转化材料，其特征在于，所述铁纳米颗粒的周围包覆的所述碳层的层数为3~10层；整体尺寸为20~40nm。

3.根据权利要求1所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（1）中，使用的有机铁分子材料是乙酰丙酮铁、二茂铁、醋酸亚铁、柠檬酸铁或乳酸亚铁中一种或几种。

4.根据权利要求1所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（1）中，氧化石墨烯溶液的浓度为4~6 mg mL^-1。

5.根据权利要求1~4之一所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（2）中，加热的速率为1~5℃min^-1；碳化的温度为750~850℃；保温时间为1.5~2.5h。

6.根据权利要求5所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（2）中，加热的速率为1.5~2.5℃min^-1。

7.根据权利要求1~4之一所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（3）中，稀硫酸浓度为0.4~0.6M；搅拌时间为9~11 h。

8.根据权利要求5所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（3）中，稀硫酸浓度为0.4~0.6M；搅拌时间为9~11 h。

9.根据权利要求1~4之一所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（4）中，所用硅源为硅粉和/或氧化硅粉，碳热转化反应的温度为1300 ~1500℃；反应时间为1.5~2.5h。

10.根据权利要求5所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（4）中，所用硅源为硅粉和/或氧化硅粉，碳热转化反应的温度为1300 ~1500℃；反应时间为1.5~2.5h。

11.根据权利要求7所述的光催化能源转化材料，其特征在于，步骤（4）中，所用硅源为硅粉和/或氧化硅粉，碳热转化反应的温度为1300 ~1500℃；反应时间为1.5~2.5h。

12.根据权利要求1~11之一所述的光催化能源转化材料在光催化二氧化碳还原和光解水制氢中的应用。