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一种Ag-Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-07-22
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-12-06
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-01-25
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-07-22
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910660256.8 申请日 2019-07-22
公开/公告号 CN110433841B 公开/公告日 2022-01-25
授权日 2022-01-25 预估到期日 2039-07-22
申请年 2019年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 B01J27/24C01B3/04 主分类号 B01J27/24
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 8
权利要求数量 9 非专利引证数量 1
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2010.06.25CN 107790127 A,2018.03.13Roshan Nazir et al《.Decoration ofCarbon Nitride Surface with BimetallicNanoparticles (Ag/Pt, Ag/Pd, and Ag/Au)via Galvanic Exchange for HydrogenEvolution Reaction》《.The Journal ofPhysical Chemistry C》.2017,第121卷(第36期),第19549页左栏第3段1-5行及Scheme 1. Yang Hou et al《.Nitrogen VacancyStructure Driven PhotoeletrocatalyticDegradation of 4‑Chlorophenol UsingPorous Graphitic Carbon NitrideNanosheets》《.ACS Sustainable Chemistry &Engineering》.2018,第6卷(第5期),摘要第1-5行.;
引用专利 KR100965834B 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 盐城工学院 当前专利权人 合肥九州龙腾科技成果转化有限公司
发明人 董鹏玉、孟承启、奚新国、程婷、陈小卫、刘大兴 第一发明人 董鹏玉
地址 江苏省盐城市希望大道中路1号 邮编 224051
申请人数量 1 发明人数量 6
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省盐城市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
南京瑞弘专利商标事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
孟捷
摘要
本发明公开了一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,先制备Ag纳米粒子,再制备Ag‑Pt双金属助催化剂,经过H2气氛高温煅烧和超声剥离法制备氮空位氮化碳纳米片,最后将Ag‑Pt双金属助催化剂负载到氮空位氮化碳纳米片上,得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂。本发明通过将Pt负载在Ag上,形成Ag‑Pt双金属助催化剂,防止Ag被氧化,阻止催化剂失活;同时使得助催化剂组分中Pt的用量减小,从而降低了催化剂整体生产成本。本发明通过四步法制备了Ag‑Pt双金属负载的氮空位氮化碳复合光催化剂,从而提高其光催化产氢活性。
  • 摘要附图
    一种Ag-Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种Ag-Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法
  • 说明书附图:图2
    一种Ag-Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法
  • 说明书附图:图3
    一种Ag-Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法
  • 说明书附图:图4
    一种Ag-Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法
  • 说明书附图:图5
    一种Ag-Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-10-14 专利权的转移 登记生效日: 2022.09.28 专利权人由盐城工学院变更为合肥九州龙腾科技成果转化有限公司 地址由224051 江苏省盐城市希望大道中路1号变更为230000 安徽省合肥市蜀山经济开发区井岗路电商园一期2号楼203
2 2022-01-25 授权
3 2019-12-06 实质审查的生效 IPC(主分类): B01J 27/24 专利申请号: 201910660256.8 申请日: 2019.07.22
4 2019-11-12 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,先制备Ag纳米粒子,再制备Ag‑Pt双金属助催化剂,经过H2气氛煅烧和超声剥离法制备氮空位氮化碳纳米片,最后将Ag‑Pt双金属助催化剂负载到氮空位氮化碳纳米片上,得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂;
所述制备方法,包括以下步骤:
S1、制备Ag纳米粒子分散液:
在油浴瓶中装入10 30mL乙二醇,将油浴瓶置于预热至140℃ 180℃的油浴中加热1~ ~ ~
2h,然后依次将80 240μL的36 40mM HCl水溶液、5 15mL10 30mg/mL PVP的乙二醇溶液、2~ ~ ~ ~ ~
6mL 25~75mg/mL AgNO3的乙二醇溶液加入至油浴瓶中,再将装有反应物的油浴瓶放入油浴锅中,在140℃ 180℃下反应,反应结束后,密封油浴瓶,使Ag纳米粒子生长,然后将油浴瓶~
骤冷,并通过用水‑丙酮混合物离心洗涤2 4次,最后将Ag纳米粒子分散在去离子水中,得到~
Ag纳米粒子分散液;
S2、制备Ag‑Pt双金属助催化剂分散液:
S201、稀释Ag纳米粒子分散液:
量取1/10步骤S2中得到的Ag纳米粒子分散液,用水稀释至3 5mL,并与50 84mg PVP混~ ~
合,得到稀释的Ag纳米粒子分散液;
S202、制备新鲜的Pt前体:
取单独的容器,将12~20mg K2PtCl6加入到16~27mL去离子水中,得到新鲜的Pt前体;
S203、制备还原剂;
取单独的容器,在3 5mL去离子水中加入100 170mg抗坏血酸,再加入600 1000μL1~ ~ ~ ~
1.5M NaOH水溶液,得到还原剂;
S204、混合反应:
将步骤S203得到的还原剂加入步骤S201中得到的稀释的Ag纳米粒子分散液中,再将步骤S202得到的Pt前体加入其中,调节pH值至10 14,得到Ag‑Pt双金属助催化剂分散液;
~
S3、制备氮空位氮化碳纳米片:
称取5 15g尿素,并放入坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以3 8℃/min的升温速率升温至~ ~
520~580 ℃,煅烧 1~3h,自然冷却至室温,得到氮化碳块体颗粒,随后通入H2在管式炉中以
3 8℃/min的升温速率升温至520 580 ℃,煅烧1 3h,得到氮空位氮化碳,再经过超声剥离~ ~ ~
法得到氮空位氮化碳纳米片;
S4、制备Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂:
称取100 200mg步骤S3中得到的氮空位氮化碳纳米片,并倒入去离子水中混合,然后滴~
加25 40mL 步骤S204中得到的Ag‑Pt双金属助催化剂分散液,进行第一次混合搅拌,再加入~
300~400μL的1~2M NaNO3水溶液,进行第二次混合搅拌,然后用去离子水离心洗涤,得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂。

2.根据权利要求1所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,将HCl水溶液、PVP的乙二醇溶液、AgNO3的乙二醇溶液加入至油浴瓶中,在油浴锅中,于140℃ 180℃下反应18 29h,反应时,油浴瓶呈开口状~ ~
态,使空气参与在反应中;反应结束后,用塞子塞住油浴瓶瓶口,以防止O2进入并使Ag纳米粒子生长,生产时间7 10h。
~

3.根据权利要求1所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,水‑丙酮混合物中,水和丙酮的体积比为1:10。

4.根据权利要求1所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S204中,Pt前体加入的速率为4mL / hr。

5.根据权利要求1所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S204中,每隔2h,调节一次pH,共调节2次。

6.根据权利要求1或5所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,调节pH时采用50 100μL 1 1.5M的 NaOH水溶液。
~ ~

7.根据权利要求1所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,称取尿素采用电子分析天平,坩埚的容量为50~
150ml。

8.根据权利要求1所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,超声剥离法的超声功率为200 300W,超声时间为~
10 15h,超声剥离的容器为夹套双层烧杯,夹套两端通入自来水冷却,保持容器内溶液温度~
小于45℃,超声介质为去离子水。

9.根据权利要求1所述的Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中,第一次混合搅拌的时间为1 3h,第二次混合搅拌~
的时间为3 5h,去离子水离心洗涤2 4次。
~ ~
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于光催化材料技术领域,特别涉及一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法。

背景技术

[0002] 随着全球经济社会的快速发展,人类对传统的化石燃料的需求量迅速增加,导致了传统碳氢燃料的日渐枯竭,因此人类即将面临严峻的能源危机。在逐渐严重的能源危机的前提下,环境的污染问题也随之日益突出,特别是大气污染和水污染的问题。目前各国大都面临和亟待解决能源危机和环境问题,若不采取有效地改善策略,人类将无法实现可持续发展。因此,如果能利用新的策略开发一种新型催化剂,这种催化剂能够吸收利用太阳光,将光能快速的转化为化学能从而分解水产生氢气。这种通过催化剂利用太阳能转化为清洁无污染的氢能,不仅从根源上解决了环境污染问题,也在一定程度上缓解了能源危机。
[0003] 利用太阳能光催化反应既可以光催化分解水产氢产氧,又能光催化分解水中污染物,是一种绿色、高效的解决能源和环境问题的有效途径。寻找高性能低成本的半导体光催化剂成为光催化反应的关键问题。
[0004] 石墨相氮化碳因其独特的半导体能带结构,优异的化学和热稳定性,作为一种不含金属组分的可见光光催化剂可用于光解水产氢产氧,引起人们的广泛关注。氮化碳不仅无毒稳定,且其原料廉价,制备工艺简单,满足光催化剂的基本要求,而且还具备聚合物半导体的化学组成和能带结构易调控等特点,被认为是光催化研究领域最值得深入探索的研究方向之一(Nature Materials, 2009, (8): 76‑80)。然而,氮化碳光催化剂的量子效率仍然较低,光催化活性有待进一步提高。通过用贵金属对氮化碳进行修饰能够提升它的光催化性能。Lei Ge课题组通过简便的加热方法制备负载有贵金属Ag纳米颗粒的新型聚合物氮化碳光催化剂(Applied Catalysis A: General 409– 410 (2011) 215– 222);他们发现,与纯氮化碳相比,Ag/g‑C3N4光催化剂对降解甲基橙和产氢有了明显的提升,它的产氢速率是纯氮化碳的11.7倍;然而该制备方法中所用的AgNO3溶液含有大量Ag离子,很容易被氧化,实验要求苛刻。周宁等采用简单的湿浸法制备了Pt/g‑C3N4光催化剂(石油化工,2017,46(8),1012‑1016),通过将Pt负载到氮化碳上在可见光下光催化脱硫的效果达到了76.8%;然而,Pt的成本较高,限制了其实际应用。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,以解决现有技术中贵金属单质修饰氮化碳存在的问题,具体地讲,解决现有技术中贵金属Pt价格太高,修饰氮化碳后成本大大增加;贵金属Ag易氧化,修饰氮化碳后易引起催化剂失活的问题。
[0006] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
[0007] 一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,其特征在于,先制备Ag纳米粒子,再制备Ag‑Pt双金属助催化剂,经过超声剥离法制备氮空位氮化碳纳米片,最后将Ag‑Pt双金属助催化剂负载到氮空位氮化碳纳米片上,得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂。
[0008] 进一步的,所述Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
[0009] S1、制备Ag纳米粒子分散液:
[0010] 在油浴瓶中装入10 30mL乙二醇,将油浴瓶置于预热至140℃ 180℃的油浴中加热~ ~1 2h,然后依次将80 240μL的36 40mM HCl水溶液、5 15mL10 30mg/mL PVP的乙二醇溶液、2~ ~ ~ ~ ~
~6mL 25~75mg/mL AgNO3的乙二醇溶液加入至油浴瓶中,再将装有反应物的油浴瓶放入油浴锅中,在140℃ 180℃下反应,反应结束后,密封油浴瓶,使Ag纳米粒子生长,然后将油浴~
瓶骤冷,并通过用水‑丙酮混合物离心洗涤2 4次,最后将Ag纳米粒子分散在去离子水中,得~
到Ag纳米粒子分散液;
[0011] S2、制备Ag‑Pt双金属助催化剂分散液:
[0012] S201、稀释Ag纳米粒子分散液:
[0013] 量取1/10步骤S2中得到的Ag纳米粒子分散液,用水稀释至3 5mL,并与50 84mg ~ ~PVP混合,得到稀释的Ag纳米粒子分散液;
[0014] S202、制备新鲜的Pt前体:
[0015] 取单独的容器,将12~20mg K2PtCl6加入到16~27mL去离子水中,得到新鲜的Pt前体;
[0016] S203、制备还原剂;
[0017] 取单独的容器,在3 5mL去离子水中加入100 170mg抗坏血酸,再加入600 1000μL1~ ~ ~1.5M NaOH水溶液,得到还原剂;
~
[0018] S204、混合反应:
[0019] 将步骤S203得到的还原剂加入步骤S201中得到的稀释的Ag纳米粒子分散液中,再将步骤S202得到的Pt前体加入其中,调节pH值至10 14,得到Ag‑Pt双金属助催化剂分散液;~
[0020] S3、制备氮空位氮化碳纳米片:
[0021] 称取5 15g尿素,并放入坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以3 8℃/min的升温速率升~ ~温至520~580 ℃,煅烧 1~3h,自然冷却至室温,得到氮化碳块体颗粒,随后通入H2在管式炉中以3 8℃/min的升温速率升温至520 580 ℃,煅烧1 3h,得到氮空位氮化碳,再经过超声~ ~ ~
剥离法得到氮空位氮化碳纳米片;
[0022] 进一步的,所述步骤S3中,通过热聚合法制备氮化碳,随后通入H2高温煅烧使其部分还原产生氮空位,再经过超声剥离法制备氮空位氮化碳纳米片。
[0023] S4、制备Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂:
[0024] 称取100 200mg步骤S3中得到的氮空位氮化碳纳米片,并倒入去离子水中混合,然~后滴加25 40mL 步骤S204中得到的Ag‑Pt双金属助催化剂分散液,进行第一次混合搅拌,再~
加入300~400μL的1~2M NaNO3水溶液,进行第二次混合搅拌,然后用去离子水离心洗涤,烘干得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂。
[0025] 进一步的,所述步骤S1中,将HCl水溶液、PVP的乙二醇溶液、AgNO3的乙二醇溶液加入至油浴瓶中,在油浴锅中,于140℃ 180℃下反应18 29h,反应时,油浴瓶呈开口状态,使~ ~空气参与在反应中;反应结束后,用塞子塞住油浴瓶瓶口,以防止O2进入并使Ag纳米粒子生长,生产时间7 10h。
~
[0026] 进一步的,所述步骤S1中,水‑丙酮混合物中,水和丙酮的体积比为1:10。
[0027] 进一步的,所述步骤S204中,Pt前体加入的速率为4mL / hr。
[0028] 进一步的,所述步骤S204中,每隔2h,调节一次pH,共调节2次。
[0029] 优选地,调节pH时采用50 100μL 1 1.5M的 NaOH水溶液。~ ~
[0030] 进一步的,所述步骤S3中,称取尿素采用电子分析天平,坩埚的容量为50 150ml。~
[0031] 进一步的,所述步骤S3中,超声剥离法的超声功率为200 300W,超声时间为10~ ~15h,超声剥离的容器为夹套双层烧杯,夹套两端通入自来水冷却,保持容器内溶液温度小于45℃,超声介质为去离子水。
[0032] 进一步的,所述步骤S4中,第一次混合搅拌的时间为1 3h,第二次混合搅拌的时间~为3 5h,去离子水离心洗涤2 4次。
~ ~
[0033] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0034] (1)本发明采用简单易行的方法制备Ag‑Pt双金属助催化剂负载的氮空位氮化碳复合光催化剂,所需生产设备简单;
[0035] (2)本发明所制得的Ag‑Pt双金属助催化剂负载的氮空位氮化碳复合光催化剂,Pt的用量很少,降低了贵金属负载光催化剂制备的成本,还提高了光催化剂的性能;
[0036] (3)本发明解决了实验中Ag容易氧化的问题;
[0037] (4)本发明所制备的光催化剂活性有了很大的提升,比Ag/氮化碳光催化剂和Pt/氮化碳光催化剂的性能好。

实施方案

[0043] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0044] 实施例1
[0045] 一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
[0046] S1:制备Ag纳米粒子分散液
[0047] 在500ml的油浴瓶中装入30mL乙二醇,并在预热至180℃的油浴中加热2小时,然后将240μL的40mM HCl水溶液加入到油浴瓶中,接下来,将15mL 30mg / mL PVP的乙二醇溶液加入到油浴瓶中,然后加入6mL的75mg/mL AgNO3的乙二醇溶液;将装有反应物的油浴瓶放入油浴锅中在180℃下反应(需要开口反应使空气参与反应),即在油浴锅中加热29h,反应结束后,用塞子塞住油浴瓶瓶口以防止O2进入并使Ag纳米粒子生长。8h后,将油浴瓶骤冷并通过用1:10水‑丙酮混合物离心洗涤3次,再将Ag纳米粒子分散在去离子水中,得到Ag纳米粒子分散液;
[0048] S2:制备Ag‑Pt双金属助催化剂分散液
[0049] 量取1/10的Ag纳米粒子分散液用水稀释至3mL,并与50mg PVP混合。在单独的容器中新鲜制备Pt前体,通过将12mg K2PtCl6加入到16mL去离子水中。在单独的容器中制备还原剂,向3mL去离子水中加入100mg抗坏血酸,然后加入600μL的1.25M NaOH水溶液。然后将还原剂加入Ag纳米粒子分散液的稀释液中,再以4mL / hr的速率将Pt前体溶液缓慢加入其中。每隔2h,将50μL的1.25M NaOH水溶液加入到反应容器中以维持高pH;
[0050] S3:制备氮空位氮化碳纳米片
[0051] 用电子分析天平称取10g尿素,将其放入100ml的坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以5℃/min的升温速率至550℃,高温煅烧2 h,自然冷却至室温,即得到氮化碳块体颗粒;随后通入H2在管式炉中高温煅烧,以5℃/min的升温速率升温至520 ℃,煅烧2h,得到氮空位氮化碳;再经过超声剥离法得到氮空位氮化碳纳米片,超声功率为240 W,超声时间为12 h,超声介质为去离子水;
[0052] S4:制备Ag‑Pt双金属助催化剂负载的氮空位氮化碳复合光催化剂
[0053] 称取150mg氮空位氮化碳纳米片倒入去离子水中混合,然后滴加30 mL Ag‑Pt双金属助催化剂分散液,混合搅拌1~3h后,加入350μL的1.5 M NaNO3水溶液,使其搅拌混合4h,然后用去离子水离心洗涤3次,得到Ag‑Pt双金属助催化剂负载的氮空位氮化碳复合光催化剂。
[0054] XRD谱图(图1)表明实施例1制备的样品中,除归属于C3N(4 PDF标准卡片87‑1526)的晶相之外,还具有归属于Ag的晶相(PDF#04‑0786)和Pt的晶相(PDF#04‑0802),这表明实施例1制备的复合光催化剂样品中,Ag‑Pt双金属助催化剂和氮化碳晶相都存在。SEM照片(图2中(c)和(d))表明制备的样品为纳米片堆垛在一起的形貌特征。TEM照片(图3)表明制备的样品中含有氮化碳纳米片,还含有Ag‑Pt双金属颗粒,其中Pt小颗粒负载在大尺寸的Ag颗粒之上,Ag的尺寸约为200‑300nm,Pt的尺寸约为2‑3nm。XPS谱图中,图4中(a)为样品的C 1s2
谱,在284.6和287.9 eV处显示出两个特征峰,可分别归因于氮化碳结构中通过sp方式键合碳碳单键(C‑C)的结合能和其结构中含有氮元素杂环的 N‑C=N 的化学键能引起的。图4中(b)为样品的N 1s谱,经过拟合分峰后发现在398.5和399.8 eV处显示出两个特征峰,分别源于二配位的N原子和三配位的N原子,而二配位与三配位N原子峰面积的比值(2.78)比文献(J. Phys. Chem. C 2012, 116, 11013−11018)中报道的纯g‑C3N4的比值(3.25)小,这表明本发明制备的氮化碳样品中含有氮空位。图4中(c)和(d)分别为样品的Ag 3d和Pt 4f谱图,进一步表明了样品中Ag‑Pt双金属的存在。图5中可以看出产氢速率为0.302 μmol/h。
[0055] 实施例2
[0056] 一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
[0057] S1、制备Ag纳米粒子分散液:
[0058] 在500ml的油浴瓶中装入10mL乙二醇,将油浴瓶置于预热至140℃的油浴中加热1h,然后依次将80μL的36mM HCl水溶液、5mL10mg/mL PVP的乙二醇溶液、2mL 25mg/mL AgNO3的乙二醇溶液加入至油浴瓶中,再将装有反应物的油浴瓶放入油浴锅中,在140℃下反应18h,反应时,油浴瓶呈开口状态,使空气参与在反应中;反应结束后,用塞子塞住油浴瓶瓶口,以防止O2进入并使Ag纳米粒子生长,7h后,将油浴瓶骤冷,并通过用体积比为1:10水‑丙酮混合物离心洗涤2次,最后将Ag纳米粒子分散在去离子水中,得到Ag纳米粒子分散液;
[0059] S2、制备Ag‑Pt双金属助催化剂分散液:
[0060] S201、稀释Ag纳米粒子分散液:
[0061] 量取1/10步骤S2中得到的Ag纳米粒子分散液,用水稀释至3mL,并与50mg PVP混合,得到稀释的Ag纳米粒子分散液;
[0062] S202、制备新鲜的Pt前体:
[0063] 取单独的容器,将12mg K2PtCl6加入到16mL去离子水中,得到新鲜的Pt前体;
[0064] S203、制备还原剂;
[0065] 取单独的容器,在3mL去离子水中加入100mg抗坏血酸,再加入600μL1M NaOH水溶液,得到还原剂;
[0066] S204、混合反应:
[0067] 将步骤S203得到的还原剂加入步骤S201中得到的稀释的Ag纳米粒子分散液中,再将步骤S202得到的Pt前体以4mL / hr的速率加入其中,每隔2h,将50μL的1M NaOH水溶液加入其中以维持高pH,得到Ag‑Pt双金属助催化剂分散液;
[0068] S3、制备氮空位氮化碳纳米片:
[0069] 采用电子分析天平称取5g尿素,并放入50ml坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以3℃/min的升温速率升温至520℃,煅烧 1h,自然冷却至室温,得到氮化碳块体颗粒,随后通入H2在管式炉中以3℃/min的升温速率升温至520℃,煅烧1h,得到氮空位氮化碳,再经过超声剥离法得到氮空位氮化碳纳米片,超声剥离法的超声功率为200 300W,超声时间为10h,超声~介质为去离子水;
[0070] S4、制备Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂:
[0071] 称取100mg步骤S3中得到的氮空位氮化碳纳米片,并倒入去离子水中混合,然后滴加25mL 步骤S204中得到的Ag‑Pt双金属助催化剂分散液,混合搅拌1h,再加入300μL的1M NaNO3水溶液,混合搅拌3h,然后用去离子水离心洗涤2次,烘干得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂。
[0072] 实施例3
[0073] 一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
[0074] S1、制备Ag纳米粒子分散液:
[0075] 在500ml的油浴瓶中装入20mL乙二醇,将油浴瓶置于预热至160℃的油浴中加热1.5h,然后依次将120μL的38mM HCl水溶液、10mL20mg/mL PVP的乙二醇溶液、4mL 50mg/mL AgNO3的乙二醇溶液加入至油浴瓶中,再将装有反应物的油浴瓶放入油浴锅中,在160℃下反应24h,反应时,油浴瓶呈开口状态,使空气参与在反应中;反应结束后,用塞子塞住油浴瓶瓶口,以防止O2进入并使Ag纳米粒子生长,8h后,将油浴瓶骤冷,并通过用体积比为1:10水‑丙酮混合物离心洗涤3次,最后将Ag纳米粒子分散在去离子水中,得到Ag纳米粒子分散液;
[0076] S2、制备Ag‑Pt双金属助催化剂分散液:
[0077] S201、稀释Ag纳米粒子分散液:
[0078] 量取1/10步骤S2中得到的Ag纳米粒子分散液,用水稀释至4mL,并与70mg PVP混合,得到稀释的Ag纳米粒子分散液;
[0079] S202、制备新鲜的Pt前体:
[0080] 取单独的容器,将18mg K2PtCl6加入到24mL去离子水中,得到新鲜的Pt前体;
[0081] S203、制备还原剂;
[0082] 取单独的容器,在4mL去离子水中加入150mg抗坏血酸,再加入800μL1.3M NaOH水溶液,得到还原剂;
[0083] S204、混合反应:
[0084] 将步骤S203得到的还原剂加入步骤S201中得到的稀释的Ag纳米粒子分散液中,再将步骤S202得到的Pt前体以4mL / hr的速率加入其中,每隔2h,将80μL的1.3M NaOH水溶液加入其中以维持高pH,得到Ag‑Pt双金属助催化剂分散液;
[0085] S3、制备氮空位氮化碳纳米片:
[0086] 采用电子分析天平称取10g尿素,并放入100ml坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以5℃/min的升温速率升温至560℃,煅烧2h,自然冷却至室温,得到氮化碳块体颗粒,随后通入H2在管式炉中以5℃/min的升温速率升温至560 ℃,煅烧2h,得到氮空位氮化碳,再经过超声剥离法得到氮空位氮化碳纳米片,超声剥离法的超声功率为250W,超声时间为12h,超声介质为去离子水;
[0087] S4、制备Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂:
[0088] 称取150mg步骤S3中得到的氮空位氮化碳纳米片,并倒入去离子水中混合,然后滴加30mL 步骤S204中得到的Ag‑Pt双金属助催化剂分散液,混合搅拌2h,再加入350μL的1.5M NaNO3水溶液,混合搅拌4h,然后用去离子水离心洗涤3次,得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂。
[0089] 实施例4
[0090] 一种Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
[0091] S1、制备Ag纳米粒子分散液:
[0092] 在500ml的油浴瓶中装入30mL乙二醇,将油浴瓶置于预热至180℃的油浴中加热2h,然后依次将240μL的36 40mM HCl水溶液、15mL30mg/mL PVP的乙二醇溶液、6mL75mg/mL ~
AgNO3的乙二醇溶液加入至油浴瓶中,再将装有反应物的油浴瓶放入油浴锅中,在180℃下反应29h,反应时,油浴瓶呈开口状态,使空气参与在反应中;反应结束后,用塞子塞住油浴瓶瓶口,以防止O2进入并使Ag纳米粒子生长, 10h后,将油浴瓶骤冷,并通过用体积比为1:
10水‑丙酮混合物离心洗涤4次,最后将Ag纳米粒子分散在去离子水中,得到Ag纳米粒子分散液;
[0093] S2、制备Ag‑Pt双金属助催化剂分散液:
[0094] S201、稀释Ag纳米粒子分散液:
[0095] 量取1/10步骤S2中得到的Ag纳米粒子分散液,用水稀释至5mL,并与84mg PVP混合,得到稀释的Ag纳米粒子分散液;
[0096] S202、制备新鲜的Pt前体:
[0097] 取单独的容器,将20mg K2PtCl6加入到27mL去离子水中,得到新鲜的Pt前体;
[0098] S203、制备还原剂;
[0099] 取单独的容器,在5mL去离子水中加入170mg抗坏血酸,再加入1000μL1.5M NaOH水溶液,得到还原剂;
[0100] S204、混合反应:
[0101] 将步骤S203得到的还原剂加入步骤S201中得到的稀释的Ag纳米粒子分散液中,再将步骤S202得到的Pt前体以4mL / hr的速率加入其中,每隔2h,将100μL的1.5M NaOH水溶液加入其中以维持高pH,得到Ag‑Pt双金属助催化剂分散液;
[0102] S3、制备氮空位氮化碳纳米片:
[0103] 采用电子分析天平称取15g尿素,并放入150ml坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以3~8℃/min的升温速率升温至580 ℃,煅烧 3h,自然冷却至室温,得到氮化碳块体颗粒,随后通入H2在管式炉中以8℃/min的升温速率升温至580 ℃,煅烧3h,得到氮空位氮化碳,再经过超声剥离法得到氮空位氮化碳纳米片,超声剥离法的超声功率为300W,超声时间为15h,超声介质为去离子水;
[0104] S4、制备Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂:
[0105] 称取200mg步骤S3中得到的氮空位氮化碳纳米片,并倒入去离子水中混合,然后滴加40mL 步骤S204中得到的Ag‑Pt双金属助催化剂分散液,混合搅拌3h,再加入400μL的2M NaNO3水溶液,混合搅拌5h,然后用去离子水离心洗涤4次,得到Ag‑Pt双金属负载的含有氮空位氮化碳纳米片复合光催化剂。
[0106] 对比例1
[0107] 制备氮化碳块体颗粒
[0108] 用电子分析天平称取10g尿素,将其放入100ml的坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以5℃/min的升温速率升温至550 ℃,高温煅烧 2 h,自然冷却至室温,即得氮化碳块体颗粒。
[0109] XRD谱图(图1)表明制备的样品与C3N4的PDF标准卡片87‑1526相符,有两个特征峰,出峰位置在27.6°和13.2°,最强的衍射峰位于27.6°,与g‑C3N4的(002)晶面相符;13.2°的衍射峰与g‑C3N4的(100)晶面相符。SEM照片(图2中(a)和(b))表明制备的样品为大块体颗粒形貌,尺寸约为10 20 μm。~
[0110] 对比例2
[0111] 制备氮空位氮化碳
[0112] 将对比例1制备的氮化碳块体颗粒放在管式炉中,通入H2在管式炉中高温煅烧,以5℃/min的升温速率升温至520 ℃,煅烧2 h,得到氮空位氮化碳。XRD谱图(图1)表明制备的样品与C3N4的PDF标准卡片87‑1526相符。与对比例1样品XRD相比,衍射峰强度增强,表明结晶性提高。
[0113] 对比例3
[0114] 制备氮空位氮化碳纳米片
[0115] 将对比例2制备的氮空位氮化碳经过超声剥离法得到氮空位氮化碳纳米片,超声功率为240 W,超声时间为12h,超声介质为去离子水。得到氮空位氮化碳纳米片。XRD谱图(图1)表明制备的样品与C3N4的PDF标准卡片87‑1526相符。与对比例2样品XRD相比,衍射峰强度降低,半高宽增大,这也表明经过超声剥离后,样品晶粒尺寸减小。
[0116] 对比例4
[0117] 制备Pt负载的氮空位氮化碳复合光催化剂
[0118] S1:制备Pt纳米粒子分散液
[0119] 在单独的容器中新鲜制备Pt前体,将12mg K2PtCl6加入到16mL去离子水中。在单独的容器中制备还原剂,向3mL去离子水中加入100mg抗坏血酸,然后加入600μL的1.25M NaOH水溶液。然后将还原剂加入反应容器中,以4mL / hr的速率将Pt前体溶液缓慢加入反应容器中,得到Pt纳米粒子分散液。每隔2h,将50μL的1.25M NaOH水溶液加入到反应容器中以维持高pH。
[0120] S2:制备氮空位氮化碳纳米片
[0121] 用电子分析天平称取10 g尿素,将其放入100ml的坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以5℃/min的升温速率升温至550 ℃,高温煅烧 2 h,自然冷却至室温,即得到氮化碳块体颗粒,随后通入H2在管式炉中高温煅烧,以5℃/min的升温速率至520 ℃,煅烧2 h,得到氮空位氮化碳,再经过超声剥离法得到氮空位氮化碳纳米片,超声功率为240 W,超声时间为12 h,超声介质为去离子水。
[0122] S3:制备Pt负载的氮空位氮化碳复合光催化剂
[0123] 称取150mg氮空位氮化碳纳米片倒入去离子水中混合,然后滴加30 mL Pt纳米粒子分散液,混合搅拌2h后,加入350μL的1.5 M NaNO3水溶液,搅拌混合4h,然后用去离子水离心洗涤3次,得到Pt负载的氮空位氮化碳复合光催化剂。
[0124] 图5可以看出产氢速率为0.198 μmol/h。
[0125] 对比例5
[0126] 制备Ag负载的氮空位氮化碳复合光催化剂
[0127] S1:制备Ag纳米粒子分散液
[0128] 在500ml的油浴瓶中装入30mL乙二醇,并在预热至180℃的油浴中加热2小时,然后将240μL的40mM HCl水溶液加入到油浴瓶中,接下来,将15mL 30mg / mL PVP的乙二醇溶液加入到油浴瓶中,然后加入6mL的75mg/mL AgNO3的乙二醇溶液;将装有反应物的油浴瓶放入油浴锅中在180℃下反应(需要开口反应使空气参与反应),即在油浴锅中加热29h,反应结束后,用塞子塞住油浴瓶瓶口以防止O2进入并使Ag纳米粒子生长。8h后,将油浴瓶骤冷并通过用1:10水‑丙酮混合物离心洗涤3次,再将Ag纳米粒子分散在去离子水中,得到Ag纳米粒子分散液;
[0129] S2:制备氮空位氮化碳纳米片
[0130] 用电子分析天平称取10g尿素,将其放入100ml的坩埚中,盖上盖子,于马弗炉中以5℃/min的升温速率至550℃,高温煅烧2 h,自然冷却至室温,即得到氮化碳块体颗粒;随后通入H2在管式炉中高温煅烧,以5℃/min的升温速率升温至520 ℃,煅烧2h,得到氮空位氮化碳;再经过超声剥离法得到氮空位氮化碳纳米片,超声功率为240 W,超声时间为12 h,超声介质为去离子水;
[0131] S3:制备Ag负载的氮空位氮化碳复合光催化剂
[0132] 称取150mg氮空位氮化碳纳米片倒入去离子水中混合,然后滴加30 mL Ag纳米粒子分散液,混合搅拌2h后,加入350μL的1.5 M NaNO3水溶液,搅拌混合4h,然后用去离子水离心洗涤3次,得到Ag负载的氮空位氮化碳复合光催化剂。
[0133] 图5可以看出产氢速率为0.06 μmol/h。
[0134] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

附图说明

[0038] 图1是本发明中实施例1、对比例1、对比例2、对比例3制备的样品的XRD图谱;
[0039] 图2是本发明中实施例1和对比例1制备的样品的SEM照片,其中:(a)和(b)是对比例1制备的样品的SEM照片,(c)和(d)是实施例1制得的样品的SEM照片;
[0040] 图3是本发明中实施例1制得的样品在不同放大倍数下的TEM照片;
[0041] 图4是本发明中实施例1制得的样品的XPS图谱,其中:(a)为C 1s的高分辨谱图,(b)为N 1s的高分辨谱图,(c)为Ag 3d的高分辨谱图,(d)为Pt 4f的高分辨谱图;
[0042] 图5是本发明中实施例1、对比例4和对比例5制备的样品,在可见光照射下,随着光照时间变化产生H2的产率图。
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