一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-C3N4管光催化剂及其制备方法和应用

一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着工业社会飞速发展和人民生活水平日益提高的同时，煤、石油等不可再生能源也正在消耗殆尽，由此所带来的环境污染和生态破坏也正在威胁着人类赖以生存的地球。如何解决上述问题也成为了人们热切关注的焦点。太阳能作为一种分布广泛，含量丰富，清洁的可再生能源。为了更好的利用太阳能，各种太阳能转化及储存技术也应运而生。
3.光催化技术就是利用太阳能，这一清洁的可再生能源，将环境中的污染物进行分解转化为无毒无害的小分子或新的可再生能源，在保证不带来新污染的同时，还能对污染物进行治理并且带来清洁能源。因此，光催化技术被认为是一种可以解决全球能源短缺和环境污染问题的的有效手段。类石墨相碳氮(g-c3n4)是一种非金属半导体光催化剂，具有无毒、稳定、低成本的特点，带隙约为2.7ev，有良好的可见光吸收性能，但同时其也具有光生电子-空穴对复合快、比表面积小等缺点，限制了其光催化活性。在此选用设计合成的一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂，具有合成步骤简单，结构稳定，操作方便，安全环保，高性能和重复性高等优点。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂。本发明要解决的技术问题还有一个在于提供一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的应用。该合成步骤简单，操作方便，可以通过改变反应条件来控制供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的形成，具有广阔的应用前景。
5.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)将三聚氰胺和l-半胱氨酸溶于水中，得到溶液a；
8.(2)将溶液a水热处理，过滤洗涤烘干后，得到超分子前驱体b；
9.(3)将b高温煅烧，得到供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂。
10.所述供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，步骤(1)中将三聚氰胺溶解在80℃去离子水中，搅拌保温30min，再加入l-半胱氨酸保温1h，得到溶液a。
11.所述供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，步骤(2)中将溶液 a在120～180℃下反应6～36h，冷却后洗涤过滤，干燥后得到超分子前驱体b。
12.所述供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，步骤(3)中将超分子前驱体b在n2氛围中500～600℃煅烧2h，得到一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂。
13.所述供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，步骤(1)溶液a配比为每8mmol的三聚氰胺和0.1～2mmol的l-半胱氨酸溶于80ml去离子水中。
14.上述方法制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管。
15.上述供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管在作为光催化剂中的应用。
16.有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
17.(1)本发明可以通过改变反应条件得到供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂，工艺操作简单，性能高和重复性好，能满足实验室和工业需求。
18.(2)本发明制备的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂具有高效的光催化产氢性能。
附图说明
19.图1为实施例1制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管的xrd图谱；
20.图2为实施例1制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管的sem(图a)和tem (图b)图；
21.图3为制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化产氢性能图；
22.图4为实施例1制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化产氢循环稳定性图。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
24.实施例1
25.一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
26.(1)将三聚氰胺8mmol溶于80ml去离子水中，在80℃下保温搅拌30min，再加入0.8 mmol的l-半胱氨酸，保温搅拌1h，得到溶液a；
27.(2)将溶液a转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃条件下继续反应12 小时，趁热过滤，洗涤干燥，得到超分子前驱体b；
28.(3)将超分子前驱体b；放入带盖的瓷舟中，用管式炉以2℃/min的升温速度升温至 520℃，n2氛围中煅烧2小时，得到供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂(记为 tcn-lc10)。
29.原g-c3n4样品(bcn)的制备：将三聚氰胺置于瓷舟中，用管式炉以2℃/min的升温速度升温至520℃，n2氛围中煅烧2小时。
30.图1为该光催化剂的xrd图谱；图2为该光催化剂的sem(图a)和tem(图b)图；图1说明所制备的材料是g-c3n4，图2说明所制备的材料的形貌是多孔超薄管状形貌。
31.实施例2
32.一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
33.(1)将三聚氰胺8mmol溶于80ml去离子水中，在80℃下保温搅拌30mim，再加入 0.4mmol的l-半胱氨酸，保温搅拌1h，得到溶液a；
34.(2)将溶液a转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃条件下继续反应12 小时，趁热过滤，洗涤干燥，得到超分子前驱体b；
35.(3)将超分子前驱体b放入带盖的瓷舟中，用管式炉以2℃/min的升温速度升温至520℃， n2氛围中煅烧4小时，得到供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂(记为 tcn-lc5)。
36.实施例3
37.一种供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
38.(1)将三聚氰胺8mmol溶于80ml去离子水中，在80℃下保温搅拌30mim，再加入 1.2mmol的l-半胱氨酸，保温搅拌1h，得到溶液a；
39.(2)将溶液a转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃条件下继续反应12 小时，趁热过滤，洗涤干燥，得到超分子前驱体b；
40.(3)将超分子前驱体b放入带盖的瓷舟中，用管式炉以2℃/min的升温速度升温至580℃， n2氛围中煅烧2小时，得到供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂(记为 tcn-lc15)。
41.在光催化反应系统(cel-paem-d8plus)中测量上述制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管的光催化性能，反应体系选用300w氙灯作为光源，通过循环冷却水使系统温度保持在6℃左右。将上述光催化剂、h
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cl6o6pt和teoa混合在去离子水中。采用在线气相色谱法(ar为载体气，tcd检测器)测定h2的含量，测量结果如图3所示。
42.如图3所示，供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管样品与原g-c3n4样品催化产氢性能测试对比，在可见光下(λ》420nm)，供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管样品比无修饰的多孔超薄g-c3n4管样品光催化平均析氢速率提高了56倍，表明所制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化剂具有良好的光催化产氢性能。实施例2和实施例3得到的光催化剂性能提高。
43.图4为实施例1制得的供体-受体单元修饰的多孔超薄g-c3n4管光催化产氢循环稳定性图。由图4可知，该光催化剂可以多次循环使用。