本发明属于纳米催化材料的光电催化应用领域，涉及一种铂原子修饰氮化碳纳米棒光电催化电极的制备方法。
背景技术：
光电催化是指通过选择半导体光光电催化电极或改变电极的表面状态来加速光电化学反应，以半导体材料作为光电极，起光吸收和光催化的作用，一般以n型半导体材料为光阳极发生氧化反应，其原理主要为光辐照与电解液接触的半导体表面所产生的光生电子-空穴对被半导体/电解液结的电场所分离后与溶液中离子进行的氧化还原反应。
传统的光电催化电极材料大多为贵金属修饰半导体材料，虽然其性能较纯的半导体光电催化电极材料有所提高，但因其对贵金属较大的使用量导致催化成本增加，所以将贵金属的纳米簇或纳米颗粒降低至原子尺寸刻不容缓。单原子催化剂的提出证明了当贵金属以原子态存在时其表面自由能最大，活性最高，所以将贵金属降低至原子尺寸不仅能提高催化活性，而且能极大的降低催化成本。
单原子催化剂虽然活性较高，但其表面自由能太高，导致稳定性太差，因此原子态贵金属载体的选择也是光电催化光电催化电极制备的关键。贵金属铂因高的活性被用于单原子催化剂研究，而氮化碳是一种对可见光具有良好吸收性能的二维半导体材料，因其无毒、无害的优点被应用于环境催化领域，其结构中的碳氮环可以很好地固定负载在其表面的贵金属原子，因此，采用原子铂修饰氮化碳纳米棒不仅能增加光电催化电极与水的接触面积、增加光电催化电极的光吸收能力，而且可以降低光电催化电极的制备成本。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种铂原子修饰氮化碳纳米棒光电催化电极的制备方法，该方法制备的铂原子修饰氮化碳纳米棒光电催化电极具有良好的的可见光吸收性、导电性、光电催化性能，及稳定性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用微乳液法制备铂铱钌复合纳米颗粒的制备方法，包括步骤：
步骤a、以双氰胺位前驱体制备氮化碳，即称取5-10g的双氰胺放入不带盖的坩埚中，在空气中以2.3℃/min的升温速率至550℃，煅烧4h后得到的产物研磨成粉末，标记为g-c3n4；
步骤b、称取3-5g步骤a中的氮化碳粉末置于装有一定比例甲醇和水的250ml烧瓶中超声1h，然后60℃下进行机械搅拌且烧瓶上端有回流装置，12h后将溶液冷却至室温，经过滤、水洗后在80℃下烘干10h，得到氮化碳纳米棒(nts-g-c3n4)；
步骤c、将步骤b得到的氮化碳纳米棒称取1-3g置于200ml水溶液中，采用原位光还原法，使铂前驱体中的铂原子还原至氮化碳纳米棒上，经水洗后60℃下真空干燥，得铂原子修饰氮化碳纳米棒粉末(ptx/nts-g-c3n4)；
步骤d、将步骤c制备的铂原子修饰氮化碳纳米棒粉末与溶剂按一定比例得到黏性溶液a；
步骤e、将步骤d得到的溶液a涂覆在fto导电玻璃表面，然后在60℃下真空干燥，得到光电催化电极；
所述的制备方法是一种铂原子修饰氮化碳纳米棒的光电催化电极。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
采用该方法制备的铂原子修饰氮化碳纳米棒光电催化电极具有良好的的可见光吸收性、导电性、光电催化性能，及稳定性。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明；
实施例1
一种铂原子修饰氮化碳纳米棒光电催化电极的制备方法，包括步骤：
步骤a、以双氰胺位前驱体制备氮化碳，即称取5g的双氰胺放入不带盖的坩埚中，在空气中以2.3℃/min的升温速率至550℃，煅烧4h后得到的产物研磨成粉末，标记为g-c3n4；
步骤b、称取3g步骤a中的氮化碳粉末置于装有30ml甲醇和70ml水的250ml烧瓶中超声1h，然后60℃下进行机械搅拌1h且烧瓶上端有回流装置，12h后将溶液冷却至室温，经过滤、水洗后在80℃下烘干10h，得到氮化碳纳米棒(nts-g-c3n4)；
步骤c、将步骤b得到的氮化碳纳米棒称取1g置于200ml水溶液中，采用原位光还原法，负载0.1wt％的铂至氮化碳纳米棒上，经水洗后60℃下真空干燥，得到pt0.1/nts-g-c3n4；
步骤d、将步骤c制备的pt0.1/nts-g-c3n4粉末与5％nafion溶液按质量比为1∶3的比例得到黏性溶液a；
步骤e、将步骤d得到的溶液a涂覆在fto导电玻璃表面，然后在60℃下真空干燥，得到光电催化电极。
实施例2
步骤a、以双氰胺位前驱体制备氮化碳，即称取10g的双氰胺放入不带盖的坩埚中，在空气中以2.3℃/min的升温速率至550℃，煅烧4h后得到的产物研磨成粉末，标记为g-c3n4；
步骤b、称取5g步骤a中的氮化碳粉末置于装有60ml甲醇和40ml水的250ml烧瓶中超声1h，然后60℃下进行机械搅拌3h且烧瓶上端有回流装置，12h后将溶液冷却至室温，经过滤、水洗后在80℃下烘干10h，得到氮化碳纳米棒(nts-g-c3n4)；
步骤c、将步骤b得到的氮化碳纳米棒称取3g置于200ml水溶液中，采用原位光还原法，负载0.3wt％的铂至氮化碳纳米棒上，经水洗后60℃下真空干燥，得到pt0.3/nts-g-c3n4；
步骤d、将步骤c制备的pt0.3/nts-g-c3n4粉末与5％nafion溶液按质量比为1∶3的比例得到黏性溶液a；
步骤e、将步骤d得到的溶液a涂覆在fto导电玻璃表面，然后在60℃下真空干燥，得到光电催化电极。
实施例3
步骤a、以双氰胺位前驱体制备氮化碳，即称取10g的双氰胺放入不带盖的坩埚中，在空气中以2.3℃/min的升温速率至550℃，煅烧4h后得到的产物研磨成粉末，标记为g-c3n4；
步骤b、称取5g步骤a中的氮化碳粉末置于装有50ml甲醇和50ml水的250ml烧瓶中超声1h，然后60℃下进行机械搅拌5h且烧瓶上端有回流装置，12h后将溶液冷却至室温，经过滤、水洗后在80℃下烘干10h，得到氮化碳纳米棒(nts-g-c3n4)；
步骤c、将步骤b得到的氮化碳纳米棒称取3g置于200ml水溶液中，采用原位光还原法，负载0.6wt％的铂至氮化碳纳米棒上，经水洗后60℃下真空干燥，得到pt0.6/nts-g-c3n4；
步骤d、将步骤c制备的pt0.6/nts-g-c3n4粉末与5％nafion溶液按质量比为1∶3的比例得到黏性溶液a；
步骤e、将步骤d得到的溶液a涂覆在fto导电玻璃表面，然后在60℃下真空干燥，得到光电催化电极。
实施例4
步骤a、以双氰胺位前驱体制备氮化碳，即称取10g的双氰胺放入不带盖的坩埚中，在空气中以2.3℃/min的升温速率至550℃，煅烧4h后得到的产物研磨成粉末，标记为g-c3n4；
步骤b、称取5g步骤a中的氮化碳粉末置于装有70ml甲醇和30ml水的250ml烧瓶中超声1h，然后60℃下进行机械搅拌10h且烧瓶上端有回流装置，12h后将溶液冷却至室温，经过滤、水洗后在80℃下烘干10h，得到氮化碳纳米棒(nts-g-c3n4)；
步骤c、将步骤b得到的氮化碳纳米棒称取3g置于200ml水溶液中，采用原位光还原法，负载1wt％的铂至氮化碳纳米棒上，经水洗后60℃下真空干燥，得到pt1/nts-g-c3n4；
步骤d、将步骤c制备的pt1/nts-g-c3n4粉末与5％nafion溶液按质量比为1∶3的比例得到黏性溶液a；
步骤e、将步骤d得到的溶液a涂覆在fto导电玻璃表面，然后在60℃下真空干燥，得到光电催化电极。
实施例5
步骤a、以双氰胺位前驱体制备氮化碳，即称取10g的双氰胺放入不带盖的坩埚中，在空气中以2.3℃/min的升温速率至550℃，煅烧4h后得到的产物研磨成粉末，标记为g-c3n4；
步骤b、称取5g步骤a中的氮化碳粉末置于装有70ml甲醇和30ml水的250ml烧瓶中超声1h，然后60℃下进行机械搅拌10h且烧瓶上端有回流装置，12h后将溶液冷却至室温，经过滤、水洗后在80℃下烘干10h，得到氮化碳纳米棒(nts-g-c3n4)；
步骤c、将步骤b得到的氮化碳纳米棒称取3g置于200ml水溶液中，采用原位光还原法，负载1.5wt％的铂至氮化碳纳米棒上，经水洗后60℃下真空干燥，得到pt1.5/nts-g-c3n4；
步骤d、将步骤c制备的pt1.5/nts-g-c3n4粉末与5％nafion溶液按质量比为1∶3的比例得到黏性溶液a；
步骤e、将步骤d得到的溶液a涂覆在fto导电玻璃表面，然后在60℃下真空干燥，得到光电催化电极。
实施例6
步骤a、以双氰胺位前驱体制备氮化碳，即称取10g的双氰胺放入不带盖的坩埚中，在空气中以2.3℃/min的升温速率至550℃，煅烧4h后得到的产物研磨成粉末，标记为g-c3n4；
步骤b、称取5g步骤a中的氮化碳粉末置于装有70ml甲醇和30ml水的250ml烧瓶中超声1h，然后60℃下进行机械搅拌10h且烧瓶上端有回流装置，12h后将溶液冷却至室温，经过滤、水洗后在80℃下烘干10h，得到氮化碳纳米棒(nts-g-c3n4)；
步骤c、将步骤b得到的氮化碳纳米棒称取3g置于200ml水溶液中，采用原位光还原法，负载2wt％的铂至氮化碳纳米棒上，经水洗后60℃下真空干燥，得到pt2/nts-g-c3n4；
步骤d、将步骤c制备的pt2/nts-g-c3n4粉末与5％nafion溶液按质量比为1∶3的比例得到黏性溶液a；
步骤e、将步骤d得到的溶液a涂覆在fto导电玻璃表面，然后在60℃下真空干燥，得到光电催化电极。
应用实例1
取实施例3制备的光电催化电极作为光电催化阳极，以钛片为阴极，置于含有20mg/l的苯酚水溶液中，在恒流稳压电源上设置降解反应的电流密度为20ma/cm，之后在阳极电极一侧加入可见光源，开始进行光电催化实验。实验在不同的时间间隔取样，之后测试光电催化后的水溶液中苯酚浓度，最终得出，该电极材料在光电催化90min后苯酚降解率为100％，toc的去除率为97.5％。
应用实例2
取实施例6制备的光电催化电极作为光电催化阳极，以钛片为阴极，置于含有20mg/l的苯酚水溶液中，在恒流稳压电源上设置降解反应的电流密度为20ma/cm，之后在阳极电极一侧加入可见光源，开始进行光电催化实验。实验在不同的时间间隔取样，之后测试光电催化后的水溶液中苯酚浓度，最终得出，该电极材料在光电催化90min后苯酚降解率为40％，toc的去除率为32.7％。
应用实例3
取实施例2制备的光电催化电极作为光电催化阳极，以钛片为阴极，置于含有20mg/l的苯酚水溶液中，在恒流稳压电源上设置降解反应的电流密度为20ma/cm，之后在阳极电极一侧加入可见光源，开始进行光电催化实验。实验在不同的时间间隔取样，之后测试光电催化后的水溶液中苯酚浓度，最终得出，该电极材料在光电催化90min后苯酚降解率为60％，toc的去除率为50.8％。
本发明提供的一种铂原子修饰氮化碳纳米棒的光电催化电极材料，是以双氰胺为原料，以氯铂酸为铂源，采用高温煅烧、原位光还原的方法制备。该材料的特点主要有：(1)以无毒、无害且制备简单、对可见光具有良好吸收能力的氮化碳为铂原子的载体，容易操作(2)以氮化碳的纳米棒结构负载原子铂，不仅可增加铂原子负载量，还可以在反应中增加与水溶液的接触。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。