[发明专利]一种石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结的制备方法及应用，将三聚氰胺作为氮源，经水解‑水热和煅烧形成石墨相氮化碳微米管；将包含六水合氯化锌、六水合氯化钴、乌洛托品和石墨相氮化碳微米管的混合反应体系经油浴反应后进行煅烧，制得石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结。本发明制得的石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结能有效促进光生电子‑空穴对的分离，制备过程简便、高效，表现出优异的光催化CO₂还原性能，具有优异的环境效益。

技术领域

本发明属于光催化CO₂还原技术领域，利用低温油浴-空气煅烧两步法构筑的石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结，并测量其光催化CO₂还原性能。

背景技术

近年来，利用取之不尽、用之不竭的太阳能将CO₂光催化还原为增值化学品已成为众多研究的焦点，光催化还原CO₂被认为是缓解全球变暖和能源危机最有前景的途径之一。通常，光催化还原CO₂的主要过程是适当的光子激发电子-空穴对，光生电子传输到表面活性中心，还原吸附的CO₂分子。显然，电子向活性中心的传递是光催化CO₂还原过程中的关键步骤之一。具有多个氧化还原态的过渡金属离子(如钴离子、镍离子)是建立CO₂还原电子传递链的有利成分，可以有效地避免不需要的高能中间体的产生，促进多电子CO₂还原，特别是当反应与质子结合时。尽管如此，由于光催化过程中电子-空穴对的快速复合和活性中心的不足，光催化还原CO₂的效率仍然远远不足以实现实际应用。这大大降低了光生电子的利用率。因此，为了获得更好的光催化还原CO₂性能，迫切需要开发合适的方法来促进光生电子的利用。

石墨相氮化碳是一种无金属半导体，原料丰富、易制备、结构稳定、可见光响应、高导带位置还原能力强但比表面积低、表面活性位点少、带隙宽、光生载流子快速复合不利于光催化CO₂还原，因此，提高石墨相氮化碳基光催化剂的光催化还原CO₂性能是研究重点。本发明采用层状双金属氧化物(LDO)改性石墨相氮化碳，开发一种石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结，具有良好可见光催化活性和环境效益，具有特别重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有不足，提供一种石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结的制备方法。本发明通过低温油浴-空气煅烧两步法构筑了石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结，具有良好可见光催化活性和环境效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨相氮化碳微米管/镍钴层状双金属氧化物分级中空异质结的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取适量的氮源溶解于去离子水中，油浴加热搅拌至溶液澄清，得到溶液A；

（2）将步骤（1）得到的溶液A倒入反应釜中，在180℃下水热反应24h，之后随炉冷却至室温，经过离心、洗涤、干燥得到白色粉末B；

（3）取适量步骤（2）得到的白色粉末B在氮气气氛下煅烧，得到淡黄色粉末C（石墨相氮化碳微米管）；

（4）取适量步骤（3）得到的淡黄色粉末C加入圆底烧瓶中，溶解在去离子水中超声分散，然后磁力搅拌形成溶液D；

（5）称取适量的六水合氯化镍，六水合氯化钴先后加入步骤（4）得到的溶液D中，在室温下搅拌30 min，然后再加入适量的乌洛托品，继续搅拌60min，得到溶液E；

（6）将步骤（5）得到的溶液E置于油浴锅上低温油浴并磁力搅拌，经过离心、洗涤、干燥得到绿色粉末F；