一种氮化碳@石墨烯气凝胶微球及其制备方法和应用

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种氮化碳@石墨烯气凝胶微球及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自2009年报道了有机半导体石墨相氮化碳g-c3n4具有光催化产氢活性以来，石墨相氮化碳成为了光催化产氢领域的热门研究对象。虽然石墨相氮化碳为光催化产氢开辟了一条全新的道路，但是一直以来石墨相氮化碳自身存在的问题(比表面积小、光生载流子复合率高等)使得石墨相氮化碳的光催化活性局限于较低的水平。目前，通常的解决办法是在石墨相氮化碳材料表面负载贵金属铂(pt)。金属铂的负载在一定程度上缓解了这些问题，但是尽管如此氮化碳的活性仍是较低的。虽然pt的负载为析氢还原反应提供了理想的反应位点使得石墨相氮化碳的光催化析氢活性得到了一定的提高。但是由于铂是直接负载在氮化碳的表面上，所以无法高效的分离光生电子和光生空穴，因此不能从根本上有效解决光生载流子复合率高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的氮化碳的光催化析氢速率较低的问题，提供一种一种氮化碳@石墨烯气凝胶微球及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种氮化碳@石墨烯气凝胶微球的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、制备还原氧化石墨烯气凝胶微球

4、将0.4～0.6g氧化石墨烯分散到100ml去离子水中配成水相分散液，使用静电喷雾装置将石墨烯水相分散液制备为氧化石墨烯气凝胶微球；将得到的氧化石墨烯气凝胶微球热还原得到还原氧化石墨烯气凝胶微球；

5、s2、制备三聚氰胺@石墨烯气凝胶微球

6、将三聚氰胺粉末均匀负载到还原氧化石墨烯气凝胶微球的表面，制备三聚氰胺@石墨烯气凝胶微球；

7、s3、制备氮化碳@石墨烯气凝胶微球

8、将三聚氰胺@还原氧化石墨烯气凝胶微球加热完成氮化碳的制备，得到氮化碳@石墨烯气凝胶微球。

9、优选地，所述s1中制备的还原氧化石墨烯微球具有中心发散的微孔道结构，其尺寸为200～400μm，密度为3mg/cm3。

10、优选地，所述s2中，三聚氰胺粒径为10～100μm。

11、优选地，所述s2中，在10mg石墨烯气凝胶微球上负载三聚氰胺的量为100～1000mg。

12、优选地，所述s3中，三聚氰胺@石墨烯气凝胶微球进行热处理的升温速度为5℃/min，保温温度为450℃～650℃，保温时间为3～5h，气体氛围为氮气或氩气。

13、进一步优选，所述s3中，由三聚氰胺制备氮化碳的产率为20％～30％，氮化碳在10mg石墨烯气凝胶微球上的实际负载量为20～300mg。

14、本发明同时提供了上述制备方法制备得到的氮化碳@石墨烯气凝胶微球。

15、本发明还提供了上述氮化碳@石墨烯气凝胶微球在光催化析氢的催化剂中的应用。

16、本发明所具有的有益效果：本发明将二维片层状的氮化碳光催化剂与三维球形的石墨烯气凝胶微球结合在一起制备“体相催化剂”。石墨烯气凝胶微球优良的导电性能够及时将氮化碳产生的光生电子转移从而有效地降低光生载流子的复合率；同时，石墨烯气凝胶微球丰富的孔道结构能够为质子的还原提供丰富的反应位点，因此本发明制备的氮化碳@石墨烯气凝胶微球能够显著提升氮化碳的光催化析氢速率。

技术特征：

1.一种氮化碳@石墨烯气凝胶微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中制备的还原氧化石墨烯微球具有中心发散的微孔道结构，其尺寸为200～400μm，密度为3mg/cm3。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s2中，三聚氰胺粒径为10～100μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s2中，在10mg石墨烯气凝胶微球上负载三聚氰胺的量为100～1000mg。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s3中，三聚氰胺@石墨烯气凝胶微球进行热处理的升温速度为5℃/min，保温温度为450℃～650℃，保温时间为3～5h，气体氛围为氮气或氩气。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s3中，由三聚氰胺制备氮化碳的产率为20％～30％，氮化碳在10mg石墨烯气凝胶微球上的实际负载量为20～300mg。

7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的氮化碳@石墨烯气凝胶微球。

8.如权利要求7所述的氮化碳@石墨烯气凝胶微球在光催化析氢的催化剂中的应用。

技术总结
本发明中公开了一种氮化碳@石墨烯气凝胶微球的制备方法，包括以下步骤：S1、制备还原氧化石墨烯气凝胶微球；S2、制备三聚氰胺@石墨烯气凝胶微球；S3、制备氮化碳@石墨烯气凝胶微球。本发明还公开了上述方法制备得到的氮化碳@石墨烯气凝胶微球在光催化析氢的催化剂中的应用。本发明将二维片层状的氮化碳光催化剂与三维球形的石墨烯气凝胶微球结合在一起制备“体相催化剂”。石墨烯气凝胶微球优良的导电性能够及时将氮化碳产生的光生电子转移从而有效地降低光生载流子的复合率；同时，石墨烯气凝胶微球丰富的孔道结构能够为质子的还原提供丰富的反应位点，因此本发明制备的氮化碳@石墨烯气凝胶微球能够显著提升氮化碳的光催化析氢速率。

技术研发人员：贺丽蓉,田志帅,夏和生,周雪梅,程煜,韩晓驰
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15