[发明专利]非金属官能团边缘修饰的复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料合成技术领域，涉及非金属官能团边缘修饰的复合光催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种g‑C₃N₄/4‑PTSC复合光催化剂及其制备方法和应用；本发明中利用高效便捷的热缩聚法一步合成g‑C₃N₄/4‑PTSC纳米片，形成结构稳定的g‑C₃N₄/4‑PTSC光催化剂，实现稳定高效的光解水制氢；本发明的所制备的光催化剂具有较好的稳定性和可重复性，并且具有高效的光生电子‑空穴对的分离效率、制备方法简单快速、成本低廉、不会对环境造成污染及其优异的产氢性能等优势。

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，涉及非金属官能团边缘修饰的复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

现今社会，人们对生存所依赖的环境质量要求越来越高，氢能具有燃烧热值高、燃烧过程清洁无污染等优势，是未来前景非常好的二次能源。同时，将太阳能转化为可用能源的光解水制氢技术被认为是是缓解全球能源危机最有前途的绿色技术之一，已引起了跨学科的广泛关注。这项技术的关键在于开发出高效，低成本的光催化剂，以成为一种可研究的替代方法。

类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）由于其原料丰富，合成方便，合适的电子能带结构，高理化稳定性和环境友好性的独特优势而成为太阳能转化领域的研究热点之一，然而，由于光生载流子在其转移至表面的过程中光生电子-空穴对具有高的复合速率，因此使用纯的g-C₃N₄作为光析氢的一种光催化剂并不能进一步应用，急需寻求一种材料能提高光生载流子的分离效率，以增强H₂的析出活性，从而提高g-C₃N₄光催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非金属官能团边缘修饰的复合光催化剂及其制备方法和应用，具体的是提供一种芳香族C=C与氨基协同边缘修饰的复合光催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂可记为g-C₃N₄/4-PTSC复合光催化剂。该复合材料的制备步骤简单，制备的2D光催化剂具有良好的光催化产H₂性能。

本发明中利用简单快速的热缩聚法将非金属官能团修饰在g-C₃N₄边缘，构成了一种非金属官能团边缘修饰的复合光催化剂体系，为了使光催化产氢性能更加高效，通过控制非金属材料的掺杂量来优化产氢性能。

本发明首先提供一种非金属官能团边缘修饰的复合光催化剂，即g-C₃N₄/4-PTSC复合光催化剂，所述催化剂为芳香族C=C与氨基协同边缘修饰g-C₃N₄。

其尿素与4-PTSC(4-苯基-3-硫代氨基脲)的质量比为20g:5-35mg，所制备的样品分别被记为g-C₃N₄/4-PTSC-a（a=5,15,25,35）。

本发明还提供了一种g-C₃N₄/4-PTSC复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将一定质量的尿素与4-PTSC放入到研钵中并研磨，使4-PTSC均匀的分散在尿素中，之后将其放入坩埚中并压实，在马弗炉中从室温升到500~600℃后煅烧2~4h；然后降至室温后，得到g-C₃N₄/4-PTSC。

煅烧温度的选择中，本发明中尝试低于500℃煅烧，得到的产物结晶度不够；同时采用高于600℃的温度煅烧，结果发现g-C₃N₄易分解。