[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。