[发明专利]一种用于光催化制氢的改性g-C3

说明书

本发明涉及一种用于光催化制氢的改性g‑C₃N₄催化剂的制备方法。通过简便的工艺合成CoP/FeP/g‑C₃N₄异质结构，以增强光催化的电化学性质。所述方法首先合成ZIF‑67立方体的前驱体，然后再通过在表面长一层Fe‑MOF的结构，经过高温磷化再在Ar的气氛下煅烧，最后和g‑C₃N₄在甲醇为溶剂的条件下搅拌加热蒸干得到CoP/FeP/g‑C₃N₄异质结构。所述CoP/FeP/g‑C₃N₄具有很好的光催化性能，相比纯的CoP,CoP/FeP/g‑C₃N₄产氢量是CoP的2倍。

技术领域

本发明涉及一种用于光催化制氢的改性g-C₃N₄催化剂的制备方法，属于材料化学领域。

背景技术

利用太阳光照射光催化剂/水系统制备氢气是缓解能源危机和全球环境污染问题最有希望的途径。应用光催化产生氢气的关键挑战之一是开发可以有效收集可见光和分离光生电荷的催化剂。在所有可用的光催化剂中，作为石墨类似物的g-C₃N₄以其柔韧的层状结构，相对窄的带隙，合理的生产成本和优异的耐久性受到广泛关注。然而，由于其可见光吸收性能低，活性位点有限和电子-空穴复合率高，g-C₃N₄的析氢活性受到限制。对此已经开发出诸如染料敏化、与其他半导体构建基于g-C₃N₄的异质结构和助催化剂改性等策略来解决这些限制。此外，鉴于石墨碳和g-C₃N₄之间显示出相同的sp²键合π结构，已经开发了将g-C₃N₄与石墨碳偶联以构建复合物来提高g-C₃N₄的电荷分离效率。

基于现有的一些理论基础，我们提出了一种简便的方法来合成了CoP/FeP/g-C₃N₄复合光催化剂，以增强光催化产氢效果。

发明内容

本发明提出一种用于光催化制氢的改性g-C₃N₄催化剂的制备方法，所述改性g-C₃N₄催化剂为CoP/FeP/g-C₃N₄复合催化剂。所述制备方法首先合成ZIF-67立方体并将其作为前驱体，在其表面生长一层Fe-MOF结构，然后和次亚磷酸钠放置管式炉中，在Ar的气氛下进行磷化煅烧，得到钴铁双金属磷化物，并将这种材料运用到光催化上。通过Fe-MOF长在ZIF-67的表面上，形成一个双层的结构。以ZIF-67为前驱体的CoP作为助催化剂与氮化碳结合，显著地提高了光生电子空穴对的分离，提升了催化剂的光催化活性；再利用六面体结构与第二金属Fe的协同作用相结合得到的CoP/FeP/g-C₃N₄，使其光催化产氢性能得到进一步的提升

本发明提供的一种用于光催化制氢的改性g-C₃N₄催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)ZIF-67立方体的制备

将适量六水硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵溶于甲醇中，标记为A溶液，将适量的2-甲基咪唑溶于甲醇中标记为B溶液，所述A溶液与所述B溶液中甲醇的体积相等；然后将B溶液倒入A溶液中持续搅拌15min，之后将混合溶液静置24h，通过离心分离，收集样品，用甲醇和乙醇分别洗涤三次，在60℃的烘箱中烘干，即得ZIF-67立方体。

(2)合成ZIF-67@Fe-MOF材料