納米棒復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以超聲輔助法合成片層g_C3N4與T1 2納米棒復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展能源需求日益增長(zhǎng)、化石能源逐漸枯竭以及使用核能可能給帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，促進(jìn)了開(kāi)發(fā)新型綠色能源的研究熱潮。氫能是一種極具潛力的高效清潔能源被人們所青睞，光解水制氫利用水資源作為氫來(lái)源，快速便捷地將可持續(xù)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能，有望解決能源問(wèn)題和環(huán)境兩大問(wèn)題。福州大學(xué)王心晨教授等人首次通過(guò)熱解單氰胺制備g_C3N4，并在三乙醇胺作為犧牲劑，Pt作助催化劑的體系在可見(jiàn)光下分解水制氫。開(kāi)辟了利用太陽(yáng)能光解水制氫的新興研究領(lǐng)域，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進(jìn)展。
[0003]g_C3N4作為一種重要的新型半導(dǎo)體，被廣泛的研究，研究證明其在可見(jiàn)光下作為光解水制氫的催化劑。但是由于熱處理碳氮化合物制備的g_C3N4在高溫下容易使其發(fā)生團(tuán)聚，表面活性位點(diǎn)低，導(dǎo)致其光催化活性差，這很大程度上限制了其在光催化方面的應(yīng)用。如果在g_C3N4剝離時(shí)加入T1 2納米棒，可使其有效的剝離，并形成片層g_C 3N4與T1 2納米棒復(fù)合材料，在很大程度上能夠解決了 g_C3N4難剝離的問(wèn)題，且提高了其光催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有制備g_C3N4難剝離的問(wèn)題，而提供一種以超聲輔助法合成片層g_C3N4與T12納米棒復(fù)合材料的方法。
[0005]本發(fā)明的一種以超聲輔助法合成片層g_C3N4與T1 2納米棒復(fù)合材料的方法，具體是按以下步驟操作的:
[0006]—、在攪拌條件下分別向油酸油胺混合溶液加入醇溶劑和滴加鈦酸四丁酯，得到黃色溶液，繼續(xù)攪拌30min ;其中，鈦酸四丁酯與溶劑的體積比為1: (15?25)，油酸和油胺的體積比為1: (I?2.4)；
[0007]二、將步驟一得到的黃色溶液轉(zhuǎn)移到高壓水熱釜中，放置在鼓風(fēng)干燥箱中，加熱溫度設(shè)置為140?180°C下反應(yīng)16?24h ；
[0008]三、將步驟二中反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌，再將離心產(chǎn)物超聲分散在無(wú)水乙醇中，如此反復(fù)洗滌3?5次；其中，離心洗滌的條件為:在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為4000?4500r/min的條件下，離心3min ；
[0009]四、將步驟三超聲洗滌離心后的產(chǎn)物進(jìn)行干燥，得到T12納米棒；其中，干燥條件為:在干燥箱中溫度為60?80°C的條件下干燥8?12h ;
[0010]五、稱(chēng)取3?10份的碳氮化合物放入高溫爐中熱處理，持續(xù)通入保護(hù)氣體。其中，熱處理?xiàng)l件為:在高溫爐中，以2.50C /min的升溫速率升至500?550°C，保溫4h ;
[0011]六、將步驟四中反應(yīng)的產(chǎn)物稱(chēng)取0.0025?0.05份與步驟五中反應(yīng)產(chǎn)物稱(chēng)取0.5份，混合均勻，然后加入200?250mL溶劑，超聲剝離8?12h ;
[0012]七、將步驟六中的混合溶液進(jìn)行離心，取去上清液進(jìn)行凍干，即得到最終產(chǎn)物；其中，離心條件為:在離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為3500r/min ;凍干條件為:凍干機(jī)的溫度為_(kāi)50°C，氣壓為 O ?150pa。
[0013]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用的一步剝離合成片層g_C3N4與T12納米棒復(fù)合材料的方法，原料廉價(jià)，工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高，有利于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，制備所得的片層g_C3N4/Ti02納米棒復(fù)合材料，在模擬太陽(yáng)光照射下，其光解水產(chǎn)氫速率能夠達(dá)到166.13 μ mol/h，有良好的光解水產(chǎn)氫性能。進(jìn)一步測(cè)定其比表面積可達(dá)32.70m2/g，與現(xiàn)階段已有的合成相關(guān)的光催化劑相比，本發(fā)明的方法制得的納米復(fù)合材料層數(shù)更少更薄，反應(yīng)活性位點(diǎn)更多，由于光催化反應(yīng)主要發(fā)生在光催化劑的表面，因此相對(duì)更大的比表面積具有較多的反應(yīng)活性位點(diǎn)對(duì)于光催化劑的催化性能有明顯的促進(jìn)作用。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是實(shí)施例一所得片層g_C3N4/Ti02m米復(fù)合材料的XRD圖；其中，?為g_C 3N4的 XRD, ?為 T12^ XRD ；
[0016]圖2是實(shí)施例一所得片層g_C3N4/Ti02納米棒復(fù)合材料的透射電子顯微鏡圖片；
[0017]圖3是實(shí)施例一所得片層g_C3N4/Ti02納米棒復(fù)合材料光解水制氫量與光催化反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖；其中，A為實(shí)施例一片層g_C3N4/Ti02m米棒復(fù)合材料光解水制氫量與光催化反應(yīng)時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)，B為片層g_C3N4光解水制氫量與光催化反應(yīng)時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明技術(shù)方案不局限與以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0019]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種以超聲輔助法合成片層g_C3N4與T12納米棒復(fù)合材料的方法，具體是按以下步驟操作的:
[0020]—、在攪拌條件下分別向油酸油胺混合溶液加入醇溶劑和滴加鈦酸四丁酯，得到黃色溶液，繼續(xù)攪拌30min ;其中，鈦酸四丁酯與溶劑的體積比為1: (15?25)，油酸和油胺的體積比為1: (I?2.4)；
[0021]二、將步驟一得到的黃色溶液轉(zhuǎn)移到高壓水熱釜中，放置在鼓風(fēng)干燥箱中，加熱溫度設(shè)置為140?180°C下反應(yīng)16?24h ；
[0022]三、將步驟二中反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌，再將離心產(chǎn)物超聲分散在無(wú)水乙醇中，如此反復(fù)洗滌3?5次；其中，離心洗滌的條件為:在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為4000?4500r/min的條件下，離心3min ；
[0023]四、將步驟三超聲洗滌離心后的產(chǎn)物進(jìn)行干燥，得到T12納米棒；其中，干燥條件為:在干燥箱中溫度為60?80°C的條件下干燥8?12h ;
[0024]五、稱(chēng)取3?10份的碳氮化合物放入高溫爐中熱處理，持續(xù)通入保護(hù)氣體。其中，熱處理?xiàng)l件為:在高溫爐中，以2.50C /min的升溫速率升至500?550°C，保溫4h ;
[0025]六、將步驟四中反應(yīng)的產(chǎn)物稱(chēng)取0.0025?0.05份與步驟五中反應(yīng)產(chǎn)物稱(chēng)取0.5份，混合均勻，然后加入200?250mL溶劑，超聲剝離8?12h ;
[0026]七、將步驟六中的混合溶液進(jìn)行離心，取去上清液進(jìn)行凍干，即得到最終產(chǎn)物；其中，離心條件為:在離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為3500r/min ;凍干條件為:凍干機(jī)的溫度為_(kāi)50°C，氣壓為 O ?150pa。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用的一種以超聲輔助法合成片層g_C3N4與T12納米棒復(fù)合材料的方法，原料廉價(jià)，工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高，有利于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，制備所得的剝離g_C3N4/Ti02納米棒復(fù)合材料，在模擬太陽(yáng)光照射下，其光解水產(chǎn)氫速率能夠達(dá)到166.13 μ mol/h，有良好的光解水產(chǎn)氫性能。進(jìn)一步測(cè)定其比表面積可達(dá)32.70m2/g，與現(xiàn)階段已有的合成相關(guān)的光催化劑相比，本發(fā)明的方法制得的納米復(fù)合材料層數(shù)更少更薄，反應(yīng)活性位點(diǎn)更多，由于光催化反應(yīng)主要發(fā)生在光催化劑的表面，因此相對(duì)更大的比表面積具有較多的反應(yīng)活性位點(diǎn)對(duì)于光催化劑的催化性能有明顯的促進(jìn)作用。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的其特征在于醇溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中一種或者幾種按任意比混合的混合溶液。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟一中鈦酸四丁酯、醇溶劑的體積比為1:(15?25)。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一中的油酸和油胺的體積比為1: (I?2.4)。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟二中反應(yīng)溫度為140?180°C，反應(yīng)時(shí)間為16?24h。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二中反應(yīng)溫度為150?180°C，反應(yīng)時(shí)間為16?22h。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同
[0033]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟二中反應(yīng)溫度為160?180°C，反應(yīng)時(shí)間為16?20h。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:步驟二中反應(yīng)溫度為170?180°C，反應(yīng)時(shí)間為16?18h。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是:步驟四中干燥的過(guò)程為:在干燥箱中溫度為60?80°C的條件下干燥8?12h。其它與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至九之一不同的是:步驟四中干燥的過(guò)程為:在干燥箱中溫度為65?80°C的條