[发明专利]一种由交联桥接分子扩展大π键的改性光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种由交联桥接分子扩展大π键的改性光催化剂及其制备方法和应用，属于纳米材料合成技术领域；在本发明中，通过芳香卤化物与含氮杂环桥接形成了PYM_x‑g‑C₃N₄改性光催化剂，所述改性光催化剂通过调节芳香卤化物的桥接量来改善光催化制氢的性能，在光催化制氢领域有着很好的应用。

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种由交联桥接分子扩展大π键的改性光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石燃料的逐渐枯竭，寻找一种可持续、清洁的能源成为当务之急。在众多的新能源中，氢能源以其较高的燃烧热值和较低的环境污染受到广泛的关注。在目前的制氢方法中，利用太阳能光催化分解水被认为是一种有前景的绿色可持续制氢技术，对于光催化技术而言，设计和开发低成本、高效、环境友好的光催化剂显得尤为重要。

在众多的光催化材料中，共轭石墨烯氮化碳(g-C₃N₄)具有价格低廉、禁带宽度合适、热稳定性和化学稳定性优异等诸多优势，但纯g-C3N4在可见光区光吸收不足，比表面积小，光生载流子改性率高，限制了实际应用。因此，为了提高纯g-C₃N₄的光催化性能，人们提出了各种挑战这些局限性的策略，如形貌控制、异质结的构建、杂原子的引入、N/C/氰基缺陷的构建以及与分子基团的共聚等。但是由于改性成本高，工艺复杂等原因，g-C₃N₄难以推广应用。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种由交联桥接分子扩展大π键的改性光催化剂及其制备方法和应用。在本发明中，通过芳香卤化物（PYM）与含氮杂环桥接形成了PYM_x-g-C₃N₄改性光催化剂，所述改性光催化剂通过调节芳香卤化物的桥接量来改善光催化制氢的性能，在光催化制氢领域有着很好的应用。

本发明中，首先提供了一种由交联桥接分子扩展大π键的改性光催化剂，记为PYM_x-g-C₃N₄，其中x表示PYM的量，x=25-250；所述PYM_x-g-C₃N₄通过芳香卤化物与含氮杂环桥接形成，呈超薄二维平面结构。

本发明中还提供了上述改性催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

将尿素与芳香卤化物PYM在研钵的研磨混合均匀，从室温升到500~600℃后煅烧，然后降至室温后，得到由交联桥接分子扩展大π键的改性光催化剂，记为PYM_x-g-C₃N₄，其中x表示PYM的量，x=25-250。

进一步的，所述尿素与PYM的质量比为80g:25-250mg。

进一步的，所述煅烧的时间为2~4h。

进一步的，所述煅烧的升温速率为2.5℃/min。

本发明中还提供了上述PYM_x-g-C₃N₄在光催化制氢中的应用。

进一步的，所述应用包括：

将PYM_x-g-C₃N₄均匀分散在三乙醇胺TEOA水溶液中，并加入氯铂酸H₂PtCl₆·H₂O水溶液，密封后用氩气将其反应器内的空气排出，然后使用装配420nm滤光片的300W氙灯作为可见光源，并通过在线气相色谱系统测定产生的H₂的量。