一种光催化CO2还原制燃料的石墨炔复合材料及其制备方法与流程

一种光催化co2还原制燃料的石墨炔复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于光催化co2还原制燃料技术领域，尤其涉及一种光催化co2还原制燃料的石墨炔复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.利用太阳光催化co2还原制化学品，被认为是一种全新的碳捕集利用技术，在一定程度上可以解决能源危机和化石燃料消耗造成的温室效应。到目前为止，专家学者已经探索了各种半导体材料，包括金属氧化物，硫化物，卤氧化物、氧氮化物、有机金属骨架材料等，用于光催化降解。在所有已经报道的光催化剂中，金属硫化物由于其在可见光区域的强吸收而被认为是光催化的良好候选物。作为一种重要的三元过渡金属硫化物，硫尖晶石(aiibiii2svi4，如znln2s4、coln2s4、niln2s4、feln2s4等)已显示出光催化的可行性以及在光电子、光调制器和光电探测器中的潜在应用。其中，niln2s4具有窄带隙和优异的光催化活性，在太阳能电池领域有着广泛的应用。
3.石墨炔是一种新型碳的同素异形体，是由sp和sp2两种杂化形式的碳原子组成的二维层状材料。石墨炔具有独特的纳米级孔隙、二维层状共轭骨架结构及半导体性质等特性，使之在能源、电化学、光催化、光学、电子学等诸多领域优势显著。
4.目前，光催化co2还原制燃料存在co2光催化还原效率、选择性差的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种co2光催化还原效率高的光催化co2还原制燃料的石墨炔复合材料及其制备方法。
6.一方面，为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种光催化co2还原制燃料的石墨炔复合材料，所述石墨炔复合材料由niln2s4的前驱体溶液和石墨炔复合而成，其中所述niln2s4的前驱体溶液包括溶剂、镍盐、铟盐和硫源。
7.另一方面，为了实现上述目的，本发明采用了如下方法：一种光催化co2还原制燃料的石墨炔复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
8.1)称取一定量的镍盐、铟盐和硫源，加入到溶剂中，充分搅拌溶解，形成 niln2s4的前驱体溶液；
9.2)称取一定量的石墨炔加入到niln2s4的前驱体溶液中，搅拌使其充分分散；
10.3)将上述溶液置入高压反应釜中，设定好反应温度和反应时间，反应结束后清洗干燥，得到niln2s4/石墨炔复合材料。
11.作为上述技术方案的进一步描述：
12.所述镍盐为镍的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、草酸盐、醋酸盐中的一种。
13.作为上述技术方案的进一步描述：
14.所述铟盐为铟的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐中的一种。
15.作为上述技术方案的进一步描述：
16.所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠、乙二胺、硫代氨基脲、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵、硫代乙酸、二硫代乙酰胺、二硫代缩二脲中的一种。
17.作为上述技术方案的进一步描述：
18.所述镍盐、所述铟盐和所述硫源的摩尔比为1∶2∶4。
19.作为上述技术方案的进一步描述：
20.所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺中的一种或两种，所述镍盐与所述溶剂的质量比为1∶50-200。
21.作为上述技术方案的进一步描述：
22.所述石墨炔为纯石墨炔、氮掺杂石墨炔、硼掺杂石墨炔、硫掺杂石墨炔、磷掺杂石墨炔、氟掺杂石墨炔、共掺杂石墨炔中的一种。
23.作为上述技术方案的进一步描述：
24.石墨炔的投加量参考石墨炔与niln2s4的理论质量比为10∶1-1∶10。
25.作为上述技术方案的进一步描述：
26.所述步骤2)中，反应温度为160-220℃，反应时间为6-48h。
27.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
28.本发明中，采用niln2s4/石墨炔复合材料，不仅具备石墨炔优异的热稳定性、超高的载流子迁移率、高比表面积、天然的本征带隙等特征，同时集合了niln2s4的高催化活性，二者形成的异质结拓宽了可见光吸收范围，促进了光生电子/空穴的分离效率，增强光催化效率，提高了co2光催化还原效率。
附图说明
29.图1为一种光催化co2还原制燃料的石墨炔复合材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1：
32.s01、称取1.0mmol的六水合氯化镍、2.0mmol的三氯化铟、8.0mmol的硫脲，加入到70ml的n，n-二甲基甲酰胺和乙二醇(体积比1∶1)的混合溶剂中，充分搅拌溶解，形成niln2s4的前驱体溶液；
33.s02、称取0.2g石墨炔，加入到niln2s4的前驱体溶液中，搅拌使其充分分散；
34.s03、将上述溶液置入高压反应釜中，反应温度为200℃，反应时间为8h，反应结束后清洗干燥，得到niln2s4/石墨炔。
35.实施例2：
36.s01、称取1.0mmol的六水合氯化镍、2.0mmol的三氯化铟、8.0mmol的硫脲，加入到70ml的n，n-二甲基甲酰胺和乙二醇(体积比1∶1)的混合溶剂中，充分搅拌溶解，形成niln2s4的前驱体溶液；
37.s02、称取0.2g氮掺杂石墨炔，加入到niln2s4的前驱体溶液中，搅拌使其充分分散；
38.s03、将上述溶液置入高压反应釜中，反应温度为200℃，反应时间为8h，反应结束后清洗干燥，得到niln2s4/氮掺杂石墨炔。
39.实施例3：
40.s01、称取1.0mmol的六水合氯化镍、2.0mmol的三氯化铟、8.0mmol的硫脲，加入到70ml的n，n-二甲基甲酰胺和乙二醇(体积比1∶1)的混合溶剂中，充分搅拌溶解，形成niln2s4的前驱体溶液；
41.s02、称取0.2g硼掺杂石墨炔，加入到niln2s4的前驱体溶液中，搅拌使其充分分散；
42.s03、将上述溶液置入高压反应釜中，反应温度为200℃，反应时间为8h，反应结束后清洗干燥，得到ni ln2s4/硼掺杂石墨炔。
43.对比例：
44.s01、称取1.0mmol的六水合氯化镍、2.0mmol的三氯化铟、8.0mmol的硫脲，加入到70ml的n，n-二甲基甲酰胺和乙二醇(体积比1∶1)的混合溶剂中，充分搅拌溶解，形成niln2s4的前驱体溶液；
45.s02、将上述溶液置入高压反应釜中，反应温度为200℃，反应时间为8h，反应结束后清洗干燥，得到niln2s4。
46.分别将实施例1、实施例2、实施例3和对比例制备得到的材料参与光催化还原反应，材料对应的光催化转化率和催化活性保持率结果如下表所示：
[0047][0048]
如上表可以看出，niln2s4的前驱体溶液与石墨炔复合得到的材料，即实施例 1、实施例2和实施例3中制备得到的材料，其光催化转化率和催化活性保持率均高于对比例中制备得到的材料，其原理为：采用niln2s4/石墨炔复合材料，不仅具备石墨炔优异的热稳定性、超高的载流子迁移率、高比表面积、天然的本征带隙等特征，同时集合了niln2s4的高催化活性，二者形成的异质结拓宽了可见光吸收范围，促进了光生电子/空穴的分离效率，增强光催化效率，提高了co2光催化还原效率。
[0049]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。