一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明提出一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的制备方法，属于材料科学技术领域和光催化制氢领域。本发明的目的是针对目前环境污染及其能源危机等问题，创立简便方法制备一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂，从而降低光催化剂成本、提高光催化分解水产氢速率。本发明提出以醋酸钴和氨水为原料，在氮气保护下水热获得三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂。合成方法简便、光催化产氢速率高、价格低廉，应用于工业生产中可大幅度节约成本，且无毒环保，是一种有较大工业光催化产氢前景的新型催化材料。
【专利说明】
一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的制备方法
技术领域
[0001]本发明提出一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的制备方法，属于材料科学技术领域和光催化制氢领域。【背景技术】
[0002]全球环境污染、能源危机日益严重，开发新型可持续能源备受世界各国的关注。其中氢气因其来源丰富、燃烧值高效、燃烧产物清洁无污染等优点，被认为是最理想的能源。 分解水制氢是有可能实现大规模生产氢气的重要方法之一。而利用太阳能分解水产氢，将太阳能转换为存储于氢能源中的化学能，这就提供了一种获得氢气的廉价、便捷的方法。开发廉价高效的光催化剂是光催化分解水制氢的关键。
[0003]类石墨烯碳氮化合物(又称g_C3N4)是一种无金属化合物，禁带宽度约为2.75eV，原料廉价、制备简便，具有良好的热稳定性和化学稳定性，从而具有广泛的研究及应用前景。 钴元素广泛存在于自然界中，廉价易得。单纯的类石墨烯碳氮化合物由于光生载流子快速复合，导致其光催化产氢速率极低，将三氧化二钴与类石墨烯碳氮化合物复合制备光催化剂可以抑制类石墨烯碳氮化合物光生载流子复合，从而大幅度提高光催化分解水制氢速率。
[0004]本发明成功制备的三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂，价格低廉，稳定性好，具有较高的光催化产氢速率，且尚无文献报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对目前环境污染及其能源危机等问题，创立简便方法制备一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂，从而降低光催化剂成本、提高光催化分解水产氢速率。该复合催化剂的制备方法绿色环保，并且制备的复合催化剂具有较高光催化性能。
[0006]本发明的技术方案，提出一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的简便制备方法，步骤为:
[0007](1)取适量硫脲置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中550°C煅烧2h，待马弗炉降至室温取出坩埚，将黄色固体后、置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中500°C煅烧2h，待马弗炉降至室温取出黄白色粉末即为类石墨烯碳氮化合物；
[0008](2)取一定量的类石墨烯碳氮化合物加入25mL聚四氟乙烯衬底的反应釜中，加入适量四水合醋酸钴，随后加入10mL无水乙醇超声处理20min，结束后加入0.5mL浓氨水并开始均匀搅拌，搅拌过程中通入氮气。20min后停止通气，并将反应釜置于鼓风干燥箱内150°C 保温3h。
[0009](3)反应结束后，使用离心分离将固体分离，去离子水离心洗涤5-8次，乙醇洗涤1-3次，将所得固体物质干燥，所得深灰色固体物质即为产品三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂。
[0010]本发明的有益效果:本发明使用水热方法可以快速制得三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂，所得三氧化二钴纳米粒子均匀分散在类石墨烯碳氮化合物表面，且其粒径大小约为3-6nm，原料廉价、方法简便，降低了催化剂制备的成本;采用三氧化二钴作为光催化反应的助催化剂，大幅度提高催化效率。本发明所制备的三氧化二钴质/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂，可用于光催化分解水产氢反应，价格低廉，且产氢速率较高。【附图说明】
[0011]图1是三氧化二钴类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的透射电镜图片及其高分辨透射电镜图片。
[0012]图2是三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂光催化产氢测试图。【具体实施方式】
[0013]下面结合一些实例和附图对本发明做进一步说明，但本发明的权利范围不仅限于实施例的范围。
[0014]实施例1
[0015](1)取20g硫脲置于4个坩埚中，将坩埚置于马弗炉中以2度每分的升温速率升至 550°C，煅烧两小时，待降至室温取出坩埚，将固体研磨成粉末，将盛有固体粉末的坩埚置于马弗炉，以2度每分升温速率升至500°C，煅烧两小时，待降至室温取出黄白色固体粉末获得类石墨烯碳氮化合物；
[0016](2)取500mg类石墨烯碳氮化合物置于25mL聚四氟乙烯衬底的反应釜中，加入 0.lg四水合醋酸钴，随后加入10mL无水乙醇超声处理20min，结束后加入0.5ml浓氨水均匀搅拌，搅拌过程中通入氮气脱气20min除去反应体系中氧气。[〇〇17](3)脱气结束后将反应釜置入鼓风干燥箱内150°C保温3h，待反应结束后取出反应釜室温冷却。将所得固体离心分离，去离子水洗涤5次，乙醇洗涤2次，将所得深灰色固体置于鼓风干燥箱内50°C干燥一晚。所得深灰色固体即为三氧化二钴/石墨烯碳氮化合物复合催化剂。所制备的三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂中三氧化二钴的质量百分含量为6.25%。
[0018]将制备的光催化剂进行透射电镜(图1左示)，高分辨透射电镜(图1右所示)表征。
[0019]实施例2
[0020](1)实施例1中类石墨烯碳氮化合物取500mg石墨烯碳氮化合物置于25mL聚四氟乙烯衬底的反应釜中，加入〇.〇8g四水合醋酸钴，随后加入10mL无水乙醇超声处理20min，结束后加入0.5ml浓氨水均匀搅拌，搅拌过程中通入氮气脱气20min除去反应体系中氧气。[0021 ](3)脱气结束后将反应釜置入鼓风干燥箱内150°C保温3h，待反应结束后取出反应釜室温冷却。将所得固体离心分离，去离子水洗涤5次，乙醇洗涤2次，将所得深灰色固体置于鼓风干燥箱内50°C干燥一晚。所得深灰色固体即为三氧化二钴/石墨烯碳氮化合物复合催化剂。所制备的三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂中三氧化二钴的质量百分含量为5.06%。[〇〇22] 实施例3
[0023](1)实施例1中类石墨烯碳氮化合物取500mg石墨烯碳氮化合物置于25mL聚四氟乙烯衬底的反应釜中，加入〇.12g四水合醋酸钴，随后加入10mL无水乙醇超声处理20min，结束后加入0.5ml浓氨水均匀搅拌，搅拌过程中通入氮气脱气20min除去反应体系中氧气。[〇〇24](3)脱气结束后将反应釜置入鼓风干燥箱内150°C保温3h，待反应结束后取出反应釜室温冷却。将所得固体离心分离，去离子水洗涤5次，乙醇洗涤2次，将所得深灰色固体置于鼓风干燥箱内50°C干燥一晚。所得深灰色固体即为三氧化二钴/石墨烯碳氮化合物复合催化剂。所制备的三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂中三氧化二钴的质量百分含量为7.40 %。
[0025]实施例4
[0026]将实施例1，2,3中三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂分别取10mg置于 25mL圆底烧瓶中，随后加入lmL三乙醇胺，9mL水。超声处理30s，使用氮气脱气40min排除体系中氧气，将圆底烧瓶置于300W氙光灯下，反应结束后，用热导-气相色谱检测反应中生成的氢气(图2)。当三氧化二钴附着量为6.25% (质量分数)时，其光催化活性最高为275wii〇l g—V、
[0027]由上述各实施可看出，本发明所制备的三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂合成方法简便、光催化产氢速率高、价格低廉，应用于工业生产中可大幅度节约成本， 且无毒环保，是一种有较大工业光催化产氢前景的新型催化材料。
【主权项】
1.一种三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂的简便制备方法，其特征在于按 照如下方案进行:(1)取适量硫脲置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中550°C煅烧2h，待马弗炉降至室温取 出坩埚，将黄色固体研磨后、置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中500°C煅烧2h，待马弗炉降至 室温取出黄白色粉末即为类石墨烯碳氮化合物(又称g_C3N4);(2)取一定量的类石墨烯碳氮化合物加入25mL聚四氟乙烯衬底的反应釜中，加入适量 四水合醋酸钴，随后加入10mL无水乙醇超声处理20min，结束后加入0.5mL浓氨水并开始均 匀搅拌，搅拌过程中通入氮气。20min后停止通气，并将反应釜置于鼓风干燥箱内150°C保温 3h〇(3)反应结束后，使用离心分离将固体分离，去离子水离心洗涤5-8次，乙醇洗涤1-3次， 将所得固体物质干燥，所得深灰色固体物质即为产品三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复 合催化剂。2.根据权利要求1制备的三氧化二钴/类石墨烯碳氮化合物复合催化剂，其特征在于用 于光催化产氢反应。
【文档编号】B01J27/24GK106076386SQ201610411855
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610411855.2, CN 106076386 A, CN 106076386A, CN 201610411855, CN-A-106076386, CN106076386 A, CN106076386A, CN201610411855, CN201610411855.2
【发明人】董玉明, 李丹丹, 张鑫, 孔令刚, 陈星 , 张琼, 朱锦涛
【申请人】江南大学