一种双助催化剂修饰钾掺杂g-C3N4光催化剂及其制备方法

本发明属于光催化及环境保护，涉及一种双助催化剂修饰k掺杂g-c3n4光催化剂及其制备方法，具体地说，是涉及一种由导电炭黑和非整比ni7s6量子点双助催化剂修饰k掺杂g-c3n4纳米片组装体光催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、开发清洁能源氢气代替化石燃料，可有效解决能源危机和环境问题。在各种制氢策略中，利用半导体光催化分解水被认为是一种清洁有效的途径。在各种光催化剂中，g-c3n4具有优异的稳定性、合适的电子能带结构、无毒和来源丰富等特点，引起了极大的关注。然而，由于块体g-c3n4的比表面积小、可见光利用率低和光诱导电子-空穴对易复合，使得其光催化应用受到的限制。

2、为了提高g-c3n4的光催化活性，掺杂元素，引入缺陷、构筑异质结、引入助催化剂等被认为是有前景的策略。然而，通过不同方式协同来改善光催化活性，这方面的研究很少。

3、现有的g-c3n4复合材料，要么比表面积小，其复合材料的活性位点少，要么导电性差，其光生电子/空穴分离效率低。

4、基于上述原因，如何找到一种制备工艺简单并能制备出活性位点高和导电性良好的具有显著催化性能和稳定性的导电炭黑和ni7s6双助催化剂修饰k掺杂g-c3n4光催化剂，则是本发明所要解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中制备g-c3n4复合材料催化剂导电性差，活性边缘位点有限，活性低，可见光利用率低和光诱导电子-空穴对易复合，光催化活性提高有限，ni7s6合成需要有毒的有机溶剂等缺点，提出一种双助催化剂修饰钾掺杂g-c3n4光催化剂及其制备方法，其特征在于，所述光催化剂是由导电炭黑和非整比化合物ni7s6量子点两种助催化剂修饰的钾掺杂g-c3n4纳米片形成的组装体，k+离子通过桥接层插入g-c3n4中间层，其制备方法具体包括下述步骤：

2、(1)将1-100mg导电炭黑与1-10g尿素溶于10ml含1-100mg koh乙醇溶液中，在40-90℃水浴锅中搅拌0.5-2h，将搅拌后的溶液置于烘箱中烘干，将干燥后的产物置于管式炉中以1-15℃/min的升温速度升温至400-700℃，并保温1-4h，自然冷却至室温后，洗涤干燥；

3、(2)称取步骤(1)所得产物0.1-1g加入10-100ml水中，超声分散0.5-2h；

4、(3)将1-100mg的nicl2·6h2o和1-100mg聚乙烯吡咯烷酮(pvp)加入到步骤(2)所得分散液中，搅拌均匀后，加入1-100mg的l-半胱氨酸甲酯盐酸盐，继续搅拌0.5-3h，将搅拌后的溶液置于高压反应釜中，在100-200℃反应3-24h，自然冷却至室温后，洗涤干燥，得到导电炭黑和ni7s6量子点两种助催化剂修饰的k+离子掺杂g-c3n4光催化剂。

5、本发明的优点在于：该方法工艺过程简单，成本低，通过热解和水热法合成了导电炭黑和非整比ni7s6量子点双助催化剂修饰k掺杂g-c3n4纳米片组装体。k原子通过桥接层插入g-c3n4中间层，导致电子局域化的降低。此外，π-共轭体系也可以在k插层的g-c3n4中显著扩展，从而提高光催化性能。ni7s6量子点与g-c3n4形成肖特基结，作为活性位点，提高载流子的分离和转移能力，同时提高了材料的稳定性。ni7s6量子点和g-c3n4之间的导电炭黑作为电子转移通道辅助电子转移。由于双催化剂在k掺杂g-c3n4纳米片组装体中的协同作用，进一步促进了光生载流子的分离。用于光催化分解水制氢，催化活性和稳定性大大提高，同时还可光催化降解废水中的药物及有机染料等有机污染物。还可用于光催化降解空气中d的甲醛、h2s、nh3等有害气体。

技术特征：

1.一种双助催化剂修饰钾掺杂g-c3n4光催化剂及其制备方法，其特征在于，所述光催化剂是由导电炭黑和非整比化合物ni7s6量子点两种助催化剂修饰的k+离子掺杂g-c3n4纳米片形成的组装体，k+离子通过桥接层插入g-c3n4中间层，其制备方法具体包括下述步骤：

技术总结
本发明公开了一种双助催化剂修饰钾掺杂g‑C3N4光催化剂及其制备方法，所得光催化剂是由导电炭黑和非整比Ni7S6量子点双助催化剂修饰K+离子掺杂g‑C3N4纳米片组装体。首先将导电炭黑与尿素溶于KOH乙醇溶液中，加热搅拌均匀，将所得混合样品至于烘箱中烘干，将干燥后的产物置于管式炉中加热至400‑700℃，保温1‑4h，将所得产物洗涤干燥；再将所得产物重新超声分散在水中，加入NiCl2·6H2O、PVP和L‑半胱氨酸甲酯盐酸盐，搅拌均匀，置于反应釜中，放入烘箱中加热，在100‑200℃反应3‑24h。由于双催化剂在K掺杂g‑C3N4纳米片组装体中的协同作用，促进了光生载流子的分离。用于光催化分解水制氢，催化活性和稳定性大大提高，同时还用于光催化降解水溶液中有机染料和空气中有害气体甲醛、H2S、NH3等。

技术研发人员：高航,王德宝,荆博洋,李慧欣,宋彩霞
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16