一種大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，首先，將胺類前驅(qū)體加熱分解，合成C3N4納米片；而后將合成的C3N4納米片、胺類溶劑、鎘鹽、硫鹽與水混合，攪拌、超聲使其充分分散，通過加熱反應(yīng)，離心后制得。本發(fā)明采用CdS納米片與C3N4納米片復(fù)合，這種特殊的二維復(fù)合材料具有大面積接觸界面，有利于載流子分離，且C3N4納米片與CdS納米片帶隙匹配，提高了復(fù)合材料的光催化活性，具有優(yōu)異的光催化降解有機物和光催化制氫的性能，重復(fù)性能好，循環(huán)使用壽命長；合成方法原料成本低廉，操作簡便，產(chǎn)率很高，具有廣泛的工業(yè)化前景。
【專利說明】
一種大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，屬于能源環(huán)境及納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和環(huán)境問題成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的主題。利用太陽能從水中制氫是最吸引人的一條解決當(dāng)今能源緊缺與環(huán)境污染路線。我們的地球3/4的區(qū)域被水覆蓋，其中蘊藏著豐富的氫源。氫能以其清潔、無污染、熱值高且貯存和運輸方便而被視為最理想的石油、煤等不可再生能源的替代能源，同時氫氣又是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)最基礎(chǔ)的原料。其中光催化分解水制氫技術(shù)是太陽能光化學(xué)轉(zhuǎn)換和儲存的最佳途徑。光催化技術(shù)是一種在能源和環(huán)境領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景的綠色技術(shù)。具有以下優(yōu)點:反應(yīng)條件溫和、無二次污染、可無限滿足人們的需求、光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、成本低、氧化還原性強、不存在吸附飽和現(xiàn)象、循環(huán)使用壽命長。近年來，光電催化分解水、多相光催化分解水，新型光催化劑和光催化效率的研究都取得了顯著的進步。這預(yù)示著人們能利用廉價的太陽能通過半導(dǎo)體催化使水分解從而獲得清潔的氫燃料。
[0003]然而傳統(tǒng)的光催化材料，太陽能利用率低下。如申請?zhí)枮?015102358913的專利公開了一種全色光響應(yīng)的二氧化鈦基光催化材料及其制備方法和產(chǎn)氫應(yīng)用，但是其光催化效率較低，制備方法及其復(fù)雜，且光催化材料穩(wěn)定性不足。因此研究和開發(fā)可見光響應(yīng)的光催化材料是目前函待解決的關(guān)鍵問題。申請?zhí)枮?015100147000的專利公開了一種樹枝形聚合物，其聚合物能夠?qū)⒐饷魟┖蜌浠改M物分別共價鏈接在樹枝形聚合物的外圍和核心，穩(wěn)定核心氫化酶，提高催化產(chǎn)氫效率。但是該催化劑制備工藝極其復(fù)雜，提高量子產(chǎn)氫率有限，無法達到工業(yè)化使用的目的。
[0004]氮化碳被認為是優(yōu)良的二維可見光光催化劑，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能在任意pH值中使用，其合適的價帶導(dǎo)帶位置使得氮化碳在光催化領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。但是其載流子容易復(fù)合，大大影響了其在光催化領(lǐng)域中的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用簡單快捷的合成方法在氮化碳基底上合成大面積二維復(fù)合納米材料，該材料具有優(yōu)異的光催化降解有機物和光催化制氫的性能，帶隙匹配、重復(fù)性能好，循環(huán)使用壽命長。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)手段是:一種大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，首先，將胺類前驅(qū)體加熱分解，合成C3N4納米片；而后將合成的C3N4納米片、胺類溶劑、鎘鹽、硫鹽與水混合，攪拌、超聲使其充分分散，通過加熱反應(yīng)，離心后制得。
[0007]進一步的，所述胺類前驅(qū)體與胺類溶劑的質(zhì)量體積比為I?60:2?100;所述水與胺類溶劑的體積比為1:0.8?3;所述鎘鹽添加量為0.01?2.5mol/L，硫鹽添加量為0.01?2.5mol/L0
[0008]進一步的，所述胺類前驅(qū)體為三聚氰胺、單氰胺、雙氰胺、硫脲和尿素中的一種或多種組合。
[0009]更進一步的，所述胺類前驅(qū)體加熱分解的溫度為400?700°C，加熱時間為I?12h。
[0010]進一步的，所述胺類溶劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種組合。
[0011]進一步的，所述鎘鹽為硝酸鎘、氯化鎘、碘化鎘、醋酸鎘中的一種或多種組合。
[0012]進一步的，所述硫鹽為硫粉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫脲、硫代乙酰胺、雙硫腙中的一種或多種組合。
[0013]進一步的，所述加熱反應(yīng)的溫度為120?220°C，加熱時間為6?48h。
[0014]進一步的，所述離心的轉(zhuǎn)速100?14000轉(zhuǎn)/分鐘，直至產(chǎn)物pH為中性。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:采用CdS納米片與C3N4納米片復(fù)合，這種特殊的二維復(fù)合材料具有大面積接觸界面，有利于載流子分離，且C3N4納米片與CdS納米片帶隙匹配，提高了復(fù)合材料的光催化活性，具有優(yōu)異的光催化降解有機物和光催化制氫的性能，重復(fù)性能好，循環(huán)使用壽命長;合成方法原料成本低廉，操作簡便，產(chǎn)率很高，具有廣泛的工業(yè)化前景。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例2中C3NVCdS的TEM譜圖照片。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
一種大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，首先，將胺類前驅(qū)體加熱分解，加熱分解的溫度為400?700°C，加熱時間為I?12h，合成C3N4納米片；而后將合成的C3N4納米片、胺類溶劑、鎘鹽、硫鹽與水混合，攪拌、超聲使其充分分散，通過加熱反應(yīng)，離心后制得;所述加熱反應(yīng)的溫度為120?220 °C，加熱時間為6?48h;所述離心的轉(zhuǎn)速100?14000轉(zhuǎn)/分鐘，直至產(chǎn)物pH為中性。
[0019]所述胺類前驅(qū)體與胺類溶劑的質(zhì)量體積比為I?60:2?100;所述水與胺類溶劑的體積比為1: 0.8?3;所述鎘鹽添加量為0.01?2.5mol/L，硫鹽添加量為0.01?2.5mol/L。
[0020]所述胺類前驅(qū)體為三聚氰胺、單氰胺、雙氰胺、硫脲和尿素中的一種或多種組合。
[0021]所述胺類溶劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種組合。
[0022]所述鎘鹽為硝酸鎘、氯化鎘、碘化鎘、醋酸鎘中的一種或多種組合。
[0023 ] 所述硫鹽為硫粉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫脲、硫代乙酰胺、雙硫腙中的一種或多種組合。
[0024]實施例2
將30g三聚氰胺于600 °C下加熱分解4小時，合成C3N4納米片;然后將C3N4納米片、20mL 二乙烯三胺、0.05mol/L硝酸鎘、0.05mol/L硫粉與20mL水混合，攪拌30分鐘、超聲30分鐘使其充分分散，在150°C下加熱反應(yīng)10小時，離心得到大面積二維復(fù)合納米材料。
[0025]其TEM圖譜如圖1所示，其產(chǎn)氫以體系總體積為1ml計每次產(chǎn)氫量可達到123μηιο1。
[0026]實施例3 將50g尿素于550°C下加熱分解6小時，合成C3N4納米片;然后將C3N4納米片、30mL三乙烯四胺、0.lmol/L硝酸鎘、0.15mol/L雙硫腙與1mL水混合，攪拌30分鐘、超聲50分鐘使其充分分散，在160°C下加熱反應(yīng)12小時，離心得到大面積二維復(fù)合納米材料。
[0027]其產(chǎn)氫以體系總體積為I Oml計每次產(chǎn)氫量可達到148μπι01。
[0028]實施例4
將10g單氰胺、雙氰胺、硫脲于400 0C下加熱分解12小時，合成C3N4納米片；然后將C3N4納米片、50mL四乙稀五胺、Imo 1/L氯化鎘、1.5mol/L亞硫酸鈉與30mL水混合，攪拌30分鐘、超聲50分鐘使其充分分散，在200°C下加熱反應(yīng)12小時，離心得到大面積二維復(fù)合納米材料。
[0029]其產(chǎn)氫以體系總體積為1ml計每次產(chǎn)氫量可達到118μπι01。
[0030]實施例5
將300g雙氰胺、尿素于700°C下加熱分解2小時，合成C3N4納米片；然后將C3N4納米片、10mL二乙烯三胺、三乙烯四胺、1.5mo I/L碘化鎘、醋酸鎘、1.5moI/L雙硫腙與10mL水混合，攪拌30分鐘、超聲50分鐘使其充分分散，在180°C下加熱反應(yīng)12小時，離心得到大面積二維復(fù)合納米材料。
[0031 ] 其產(chǎn)氫以體系總體積為1ml計每次產(chǎn)氫量可達到134μπι01。
[0032]氮化碳被認為是優(yōu)良的二維可見光光催化劑，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能在任意pH值中使用，其合適的價帶導(dǎo)帶位置使得氮化碳在光催化領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。但是其載流子容易復(fù)合，大大影響了其在光催化領(lǐng)域中的使用。本發(fā)明采用CdS納米片與C3N4納米片復(fù)合，這種特殊的二維復(fù)合材料具有大面積接觸界面，有利于載流子分離，且C3N4納米片與CdS納米片帶隙匹配，提高了復(fù)合材料的光催化活性，具有優(yōu)異的光催化降解有機物和光催化制氫的性能，重復(fù)性能好，循環(huán)使用壽命長;合成方法原料成本低廉，操作簡便，產(chǎn)率很高，具有廣泛的工業(yè)化前景。
[0033]本發(fā)明所公開的實施例只是對本發(fā)明的技術(shù)方案的解釋，不能作為對本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上的簡單變更，依然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:首先，將胺類前驅(qū)體加熱分解，合成C3N4納米片；而后將合成的C3N4納米片、胺類溶劑、鎘鹽、硫鹽與水混合，攪拌、超聲使其充分分散，通過加熱反應(yīng)，離心后制得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述胺類前驅(qū)體與胺類溶劑的質(zhì)量比為I?60: 2?100;所述水與胺類溶劑的體積比為1: 0.8?3;所述鎘鹽添加量為0.01?2.5mol/L，硫鹽添加量為0.01?2.5mol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述胺類前驅(qū)體為三聚氰胺、單氰胺、雙氰胺、硫脲和尿素中的一種或多種組合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述胺類前驅(qū)體加熱分解的溫度為400?700 0C，加熱時間為I?12h。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述胺類溶劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種組合。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述鎘鹽為硝酸鎘、氯化鎘、碘化鎘、醋酸鎘中的一種或多種組合。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述硫鹽為硫粉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫脲、硫代乙酰胺、雙硫腙中的一種或多種組合。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述加熱反應(yīng)的溫度為120?220°C，加熱時間為6?48h。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積二維復(fù)合納米材料的合成方法，其特征在于:所述離心的轉(zhuǎn)速100?14000轉(zhuǎn)/分鐘，直至產(chǎn)物pH為中性。
【文檔編號】C01B3/04GK105854921SQ201610241274
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】代凱, 呂佳麗, 梁長浩, 李棟佩, 王中遼, 李 真
【申請人】淮北師范大學(xué)