复合光催化材料及其制备方法.pdf

《复合光催化材料及其制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合光催化材料及其制备方法.pdf（8页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010046952.2 (22)申请日 2020.01.16 (71)申请人 佛山科学技术学院 地址 528000 广东省佛山市禅城区江湾一 路18号 (72)发明人 许学俊贺啟志郭开锦胡晓洪 陈东初 (74)专利代理机构 北京八月瓜知识产权代理有 限公司 11543 代理人 李斌 (51)Int.Cl. B01J 27/24(2006.01) C01B 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种复合光催化材料及其制备方法 (57)摘要 本发明提供了一种复合光催化材。

2、料及其制 备方法， 所述复合光催化材料为贵金属单原子掺 杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料， 通过高温热处理 尿素制备高比表面多孔g-C3N4； 再利用水热法制 备贵金属单原子掺杂MoS2材料； 最后利用浸渍法 将贵金属单原子掺杂MoS2材料与高比表面多孔 g-C3N4材料复合， 制备复合光催化材料。 总体上 制备的复合光催化材料成本低 稳定性好， 可见 光吸收性能强和电子空穴分离效率高， 在可见光 催化产氢中表现出较高的催化活性和稳定性， 且 该制备方法步骤简单， 安全性高， 重复性好， 解决 了现有技术中光催化材料空穴分离效率低及产 氢性能差， 制备成本高的问题。 权利要求书1页 说明。

3、书5页 附图1页 CN 111111738 A 2020.05.08 CN 111111738 A 1.一种复合光催化材料， 其特征在于， 所述复合光催化材料为贵金属单原子掺杂MoS2/ g-C3N4复合光催化材料， 由多孔g-C3N4片层材料表面负载贵金属单原子掺杂MoS2材料构成， 且所述贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料的制备方法包括g-C3N4材料的制备方 法， 贵金属单原子掺杂MoS2材料的制备方法以及贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化 材料的制备方法。 2.根据权利要求1所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述的g-C3N4材料的制备方法 为： 将。

4、质量比为(20-50):1的硫脲和柠檬酸铵添加至隔绝空气的马弗炉中， 以2-5/min的 升温速度将温度调节至500-600进行热解处理， 热解处理1-5h后制备得到比表面积为 100-150m2/g的g-C3N4材料。 3.根据权利要求1所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述贵金属单原子掺杂MoS2材 料的制备方法为： 将聚四氟乙烯添加至反应釜中， 加入适量的高纯水， 并依次加入硫源、 钼 盐以及贵金属盐， 在超声辅助作用充分分散后对所述的反应釜进行密封检查， 保证反应釜 内的密封度， 后置于水热烘箱中， 在150-250下反应12-24h后， 自然冷却至室温， 过滤洗涤 3-5次， 将。

5、收集的固体干燥， 得到贵金属单原子掺杂MoS2材料。 4.根据权利要求1所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述贵金属单原子掺杂MoS2/g- C3N4复合光催化材料的制备方法为： 往反应容器中加入适量溶剂， 后加入上述制备的g-C3N4 材料， 超声辅助充分分散后， 加入上述制备的贵金属单原子掺杂MoS2材料， 且所述g-C3N4材 料与所述贵金属单原子掺杂MoS2材料的质量比为1:(10-100)， 高速搅拌后， 在60-100的 条件下干燥8-15h， 制备得到贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料。 5.根据权利要求3所述的复合光催化材料， 其特征在于： 所述贵金属盐为。

6、H2PtCl6， HAuCl4和PdCl4中的一种。 6.根据权利要求3所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述钼盐为七钼酸铵， 钼酸钠 和硫代钼酸铵中的一种。 7.根据权利要求3所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述硫源为硫脲， 硫粉和半胱 氨酸的一种。 8.根据权利要求3所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述硫源、 钼盐的摩尔比为(4- 8):1。 9.根据权利要求3所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述贵金属盐与钼盐的摩尔比 为1:(500-1500)。 10.根据权利要求4所述的复合光催化材料， 其特征在于， 所述溶剂为高纯水、 甲醇和乙 醇中的一种。 权利要求书 1/1。

7、 页 2 CN 111111738 A 2 一种复合光催化材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及复合材料制备领域， 具体而言， 涉及一种复合光催化材料及其制备方 法。 背景技术 0002 目前H2的来源大都依赖于化石燃料重整制氢或化石燃料-电能-氢过程， 源头上依 然未能解决环境污染和能源危机问题。 利用自然界取之不竭的太阳能和水资源， 通过光催 化制氢过程将太阳能转化为氢能是构建清洁可持续能源体系， 从根源上解决能源危机和环 境污染的理想途径， 因此， 光催化材料的设计与开发是实现太阳能高效转化制备氢气的关 键要素。 然而， 现有技术中对于单一组分g-C3N4光催化材料， 其光生电。

8、子-空穴复合较快， 通 常需要沉积Pt作为产氢共催化剂以提高电子空穴分离效率和光催化产氢活性。 但是Pt价格 昂贵且储量稀少， 限制其在光催化过程中的规模化应用。 MoS2材料的导电性较低及配位不 饱和析氢活性位点数量较少， MoS2/g-C3N4界面载流子迁移阻抗较大等缺点制约MoS2/g-C3N4 光生电子-空穴分离效率及产氢性能的提升。 0003 如现有技术中， 报道了利用氰胺热聚合制备的g-C3N4作为光解水的可见光催化剂， 在可见光照下， H2产生速率为106 mol g-1h-1， 但其存在量子产率较低的问题。 又如专利号为 CN108569721A提供了一种MoS2/g-C3N4。

9、核壳纳米球及其制备方法， 属于催化材料和纳米材料 制备技术领域。 先将以二水钼酸钠、 脲和PVP为原料配制混合溶液， 通过水热反应得到MoS2 纳米球； 然后超声分散MoS2和g-C3N4通过静电吸附的方法得到MoS2/g-C3N4核壳纳米球， 但其 在利用在制备氢气中依然存在效率低的问题。 再如专利号为WO2018082175A1公开了一种复 合光催化剂， 其包括多个纳米马达复合结构， 该纳米马达复合结构包括纳米马达及设置在 所述纳米马达内的多个助催化剂， 其有助于有机物的降解， 但是不能解决电子空穴分离效 率低的问题。 0004 综合上， 在制备复合材料领域， 其实际应用中的亟待处理的实际。

10、问题还有很多未 提出具体的解决方案。 发明内容 0005 本发明提出了一种复合光催化材料及其制备方法以解决所述问题。 0006 为了实现上述目的， 本发明采用如下技术方案： 0007 一种复合光催化材料， 所述复合光催化材料为贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合 光催化材料， 由多孔g-C3N4片层材料表面负载贵金属单原子掺杂MoS2材料构成， 且所述贵金 属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料的制备方法包括g-C3N4材料的制备方法， 贵金属 单原子掺杂MoS2材料的制备方法以及贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料的制 备方法。 0008 可选地， 所述的g-。

11、C3N4材料的制备方法为： 将质量比为(20-50):1的硫脲和柠檬酸 铵添加至隔绝空气的马弗炉中， 以2-5/min的升温速度将温度调节至500-600进行热解 说明书 1/5 页 3 CN 111111738 A 3 处理， 热解处理1-5h后制备得到比表面积为100-150m2/g的g-C3N4材料。 0009 可选地， 所述贵金属单原子掺杂MoS2材料的制备方法为： 将聚四氟乙烯添加至反 应釜中， 加入适量的高纯水， 并依次加入硫源、 钼盐以及贵金属盐， 在超声辅助作用充分分 散后对所述的反应釜进行密封检查， 保证反应釜内的密封度， 后置于水热烘箱中， 在150- 250下反应12-2。

12、4h后， 自然冷却至室温， 过滤洗涤3-5次， 将收集的固体干燥， 得到贵金属 单原子掺杂MoS2材料。 0010 可选地， 所述贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料的制备方法为： 往反 应容器中加入适量溶剂， 后加入上述制备的g-C3N4材料， 超声辅助充分分散后， 加入上述制 备的贵金属单原子掺杂MoS2材料， 且所述g-C3N4材料与所述贵金属单原子掺杂MoS2材料的 质量比为1:(10-100)， 高速搅拌后， 在60-100的条件下干燥8-15h， 制备得到贵金属单原 子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料。 0011 可选地， 所述贵金属盐为H2PtCl6， H。

13、AuCl4和PdCl4中的一种。 0012 可选地， 所述钼盐为七钼酸铵， 钼酸钠和硫代钼酸铵中的一种。 0013 可选地， 所述硫源为硫脲， 硫粉和半胱氨酸的一种。 0014 可选地， 所述硫源、 钼盐的摩尔比为(4-8):1。 0015 可选地， 所述贵金属盐与钼盐的摩尔比为1:(500-1500)。 0016 可选地， 所述溶剂为高纯水、 甲醇和乙醇中的一种。 0017 与现有技术相比， 本发明所取得的有益技术效果是： 0018 1.本发明分别制备g-C3N4材料以及贵金属单原子掺杂MoS2材料后， 再复合制备得 到贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料， 通过g-C3N4。

14、材料以及贵金属单原子掺杂 MoS2材料之间的结构匹配， 充分发挥组分之间的协同增效的作用， 在保证复合光催化材料 显著综合性能的前提下， 能有效降低贵金属盐用量， 进而降低复合光催化材料的制备成本。 0019 2.本发明利用贵金属单原子掺杂提高MoS2析氢活性和导电性， 从而实现复合光催 化材料电子空穴高效分离和可见光催化高效产氢， 不仅环保， 还具有显著提高产氢效率的 优点。 0020 3.本发明通过浸渍法制备贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料， 具有制 备方法简单， 操作方便、 安全性高、 可重复性好以及环保经济的优点， 且分步制备后的复合 光催化材料能有效减少材料的结构。

15、缺陷， 得到更优异的复合光催化材料性能。 0021 4.本发明制备的贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料具有可见光催化 产氢活性高、 稳定性高的优点。 附图说明 0022 从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。 0023 图1是单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4和对比样品MoS2/g-C3N4， Pt/g-C3N4复合光催化材 料复合催化材料可见光催化产氢活性； 0024 图2是单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料的可见光催化产氢循环稳定性曲 线。 说明书 2/5 页 4 CN 111111738 A 4 具体实施方式 0025 为了使得本发明的目的、 技术。

16、方案及优点更加清楚明白， 以下结合其实施例， 对本 发明进行进一步详细说明； 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明， 并不用 于限定本发明。 0026 本发明为一种复合光催化材料及其制备方法， 根据图1-2所示讲述以下实施例： 0027 实施例1： 0028 高比表面多孔g-C3N4的制备： 0029 将20g硫脲和0.5g柠檬酸铵加入研钵中， 研细混合后放入50mL坩埚中， 盖上盖子， 放入马弗炉中， 以2/min升温速率升温至550， 恒温4h， 然后自然冷却至室温。 取出研细， 得到高比表面多孔的g-C3N4黄色粉末。 0030 实施例2： 0031 单原子Pt掺杂MoS2。

17、材料的制备： 0032 在聚四氟乙烯罐中， 加入50mL高纯水， 然后加入60mmol硫脲和2mmol七钼酸铵， 以 及0.012mmol氯铂酸， 超声分散后盖盖密封， 然后置于水热烘箱中， 升温至180反应16h后 自然冷却至室温， 过滤洗涤3-5次， 收集固体放入干燥箱中干燥， 得到贵金属掺杂MoS2二维 材料， 装入棕色瓶中备用。 0033 实施例3： 0034 单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4复合催化材料的制备： 0035 称取上述g-C3N4粉末0.490g于烧杯中， 加入25mL高纯水， 然后加入实施例2中制备 的单原子Pt掺杂MoS2片层材料10mg， 充分搅拌至水分挥发干燥。

18、。 然后置于80烘箱中干燥 10h， 得到样品单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4复合催化材料复合光催化材料。 0036 对比例1： 0037 MoS2/g-C3N4片层材料的制备： 0038 在聚四氟乙烯罐中， 加入50mL高纯水， 然后加入60mmol硫脲和2mmol七钼酸铵， 超 声分散后盖盖密封， 然后置于水热烘箱中， 升温至180反应16h后自然冷却至室温， 过滤洗 涤3-5次， 收集固体放入干燥箱中干燥， 得到MoS2二维材料； 称取g-C3N4 0.490g粉末于烧杯 中， 加入25mL高纯水， 然后加入MoS2片层材料10mg， 充分搅拌至水分挥发干燥。 然后置于80 烘箱中干。

19、燥10h， 得到对比样品MoS2/g-C3N4复合催化材料复合光催化材料。 0039 对比例2： 0040 Pt/g-C3N4复合催化材料的制备： 0041 称取100mg g-C3N4光催化材料样品于光催化反应器中， 量取80mL高纯水和20mL三 乙醇胺于光催化反应器中， 然后加入0.01mmol H2PtCl4， 冷凝恒温8， 抽真空除气30min。 然 后利用300W氙灯光源光照， 光源距离液面15cm， 加400nm滤光片滤掉紫外部分， 光照1h， 制备 得到对比样品Pt/g-C3N4复合光催化材料。 0042 对实施例3制备的单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4复合催化材料复合光催。

20、化材料、 对比 例1制备的MoS2/g-C3N4复合催化材料复合光催化材料以及对比例2制备的Pt/g-C3N4复合光 催化材料进行可见光催化产氢活性评价， 具体为： 0043 分别称取100mg光催化材料样品于光催化反应器中， 量取80mL高纯水和20mL三乙 醇胺于光催化反应器中， 冷凝恒温8， 抽真空除气30min。 然后利用300W氙灯光源光照， 光 说明书 3/5 页 5 CN 111111738 A 5 源距离液面15cm， 加400nm滤光片滤掉紫外部分。 反应每间隔1h， 色谱自动在线取样进行分 析， 产H2量采取外标法定量计算， 产氢量采用 mol表达， 产氢速率采用 mol.。

21、g-1.h-1表达。 0044 由图1分析可知： 单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4和对比样品MoS2/g-C3N4， Pt/g-C3N4复合 光催化材料可见光催化产氢活性曲线， 从图1中可以看出， MoS2/g-C3N4光催化材料可见光催 化产氢活性较低， 而单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4可见光催化活性较高， 与Pt/g-C3N4光催化产 氢活性相当， 而贵金属Pt用量则大为降低。 0045 另外， 对实施例3制备的单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4复合催化材料复合光催化材料 进行可见光催化产氢稳定性评价， 具体如下： 0046 称取单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4光催化材料于。

22、光催化反应器中， 量取80mL高纯水和 20mL三乙醇胺于光催化反应器中， 冷凝恒温8， 抽真空除气30min。 然后利用300W氙灯光源 光照， 光源距离液面15cm， 加400nm滤光片滤掉紫外部分。 反应每间隔1h， 色谱自动在线取样 进行分析， 产H2量采取外标法定量计算， 产氢量采用 mol表达， 产氢速率采用 mol.g-1.h-1表 达。 测试完成一个循环后， 抽真空除气， 重复上述步骤评价其活性， 经过多次循环考察其稳 定性。 0047 结合图2分析可知： 图2为实施例3制备的单原子Pt掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材 料的循环稳定性曲线， 从图2中可以看出， 经过4次循。

23、环后， 该催化材料的活性没有发生明显 变化， 证明其稳定性较高。 0048 实施例4： 0049 一种复合光催化材料， 所述复合光催化材料由多孔g-C3N4片层材料表面负载贵金 属单原子掺杂MoS2材料构成。 在本实施例中， 所述贵金属为Au。 0050 且g-C3N4材料的制备方法为： 将质量比为20:1的硫脲和柠檬酸铵添加至隔绝空气 的马弗炉中， 以2/min的升温速度将温度调节至500进行热解处理， 热解处理1h后制备 得到比表面积为100m2/g的g-C3N4材料。 0051 且所述贵金属单原子掺杂MoS2材料的制备方法为： 将聚四氟乙烯添加至反应釜 中， 加入适量的甲醇溶剂中， 并依。

24、次加入硫源、 钼盐以及贵金属盐， 在超声辅助作用充分分 散后对所述的反应釜进行密封检查， 保证反应釜内的密封度， 后置于水热烘箱中， 在150 下反应24h后， 自然冷却至室温， 过滤洗涤3次， 将收集的固体干燥， 得到贵金属单原子掺杂 MoS2材料。 在本实施例中， 所述贵金属盐为HAuCl4； 所述钼盐为钼酸钠； 所述硫源为硫粉； 且 所述硫源、 钼盐的摩尔比为4:1； 所述贵金属盐与钼盐的摩尔比为1:500。 0052 且所述贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料的制备方法为： 往反应容器 中加入适量溶剂， 后加入上述制备的g-C3N4材料， 超声辅助充分分散后， 加入上述。

25、制备的贵 金属单原子掺杂MoS2材料， 且所述g-C3N4材料与所述贵金属单原子掺杂MoS2材料的质量比 为1:10， 高速搅拌后， 在60的条件下干燥15h， 制备得到Au单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光 催化材料。 0053 实施例5： 0054 一种复合光催化材料， 所述复合光催化材料由多孔g-C3N4片层材料表面负载贵金 属单原子掺杂MoS2材料构成。 在本实施例中， 所述贵金属为Pd。 0055 且g-C3N4材料的制备方法为： 将质量比为50:1的硫脲和柠檬酸铵添加至隔绝空气 的马弗炉中， 以5/min的升温速度将温度调节至600进行热解处理， 热解处理5h后制备 说明书 4。

26、/5 页 6 CN 111111738 A 6 得到比表面积为150m2/g的g-C3N4材料。 0056 且所述贵金属单原子掺杂MoS2材料的制备方法为： 将聚四氟乙烯添加至反应釜 中， 加入适量的高纯水， 并依次加入硫源、 钼盐以及贵金属盐， 在超声辅助作用充分分散后 对所述的反应釜进行密封检查， 保证反应釜内的密封度， 后置于水热烘箱中， 在250下反 应24h后， 自然冷却至室温， 过滤洗涤5次， 将收集的固体干燥， 得到贵金属单原子掺杂MoS2 材料。 在本实施例中， 所述贵金属盐为PdCl4； 所述钼盐为硫代钼酸铵； 所述硫源为半胱氨 酸； 且所述硫源、 钼盐的摩尔比为8:1； 所。

27、述贵金属盐与钼盐的摩尔比为1:1500。 0057 且所述贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料的制备方法为： 往反应容器 中加入适量溶剂， 后加入上述制备的g-C3N4材料， 超声辅助充分分散后， 加入上述制备的贵 金属单原子掺杂MoS2材料， 且所述g-C3N4材料与所述贵金属单原子掺杂MoS2材料的质量比 为1:100， 以8000-10000r/min的速度高速搅拌后， 在100的条件下干燥15h， 制备得到Pd单 原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料。 0058 并将实施例4以及实施例5制备的复合光催化材料重复如实施例3的可见光催化产 氢活性评价以及可见光催化产。

28、氢稳定性评价， 得到的结果皆具有较高的光催化产氢活性， 且光催化产氢的稳定性高， 具体试验参考实施例3以及对比例1、 对比例2， 在此不再赘述。 0059 综合上， 本发明在保证复合光催化材料综合性能的前提下， 能有效降低贵金属盐 用量， 制备的贵金属单原子掺杂MoS2/g-C3N4复合光催化材料具有可见光催化产氢活性高、 稳定性高的优点。 0060 虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明， 但是应当理解， 在不脱离本发明的 范围的情况下， 可以进行许多改变和修改。 也就是说上面讨论的方法， 系统和设备是示例。 各种配置可以适当地省略， 替换或添加各种过程或组件。 0061 综上， 其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的， 并且应当理解， 以下 权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。 以上这些实施例应理解为仅用 于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。 在阅读了本发明的记载的内容之后， 技术 人员可以对本发明作各种改动或修改， 这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限 定的范围。 说明书 5/5 页 7 CN 111111738 A 7 图1 图2 说明书附图 1/1 页 8 CN 111111738 A 8 。