一种混合维度S掺杂g-C3N4基范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用

一种混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结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，具体涉及一种混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.当今社会，全球经济科技正从高速增长转向高质量发展，工业化城市化进程速度加快，人民生活水平逐步提高，但是，经济实力不断提升的背后往往伴随着资源、能源的过度使用。同时能源开发开采所造成的环境污染问题也日益威胁人类及其他生物种的生存发展；严重的污染事件不仅带来健康问题，也造成社会问题。如何解决这一问题已然成为当今发展的重中之重。在众多的研究领域中，具有清洁、可再生、易得到等优点的太阳能因此成为研究的重点。如何高效利用太阳能直接分解污染物，并将能量直接转化为清洁的化学能和电能，具有重大的战略意义。而光催化技术就是利用太阳能，凭借其独有的优势——绿色无污染、取之不尽用之不竭的能量来源，成为了科研工作者们应对环境污染、能源短缺等问题最直接有效的方法之一。
3.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。而范德华异质结光催化剂通过相对较弱的范德华相互作用力(分子间作用力)物理组装在一起，不依赖于化学键，也不受限于材料的晶格匹配度，为提高光催化剂材料的性能带来了新的曙光。


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混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结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混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂。本发明要解决的技术问题还有一个在于提供一种混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的应用。本发明合成步骤简单，操作方便，可以通过改变反应条件制备不同比例s掺杂的g-c3n4基范德华异质结光催化剂，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：
6.一种混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)将三聚氰胺、三聚氰酸分别用二甲基亚砜溶解，分别得到完全澄清的三聚氰胺溶液和三聚氰酸溶液；
8.(2)将三聚氰酸溶液逐滴加入到三聚氰胺溶液中反应，得到作为g-c3n4基范德华异质结光催化剂前驱体的白色沉淀；
9.(3)将(2)所得的白色沉淀前驱体与三聚硫氰酸混合，并将这种混合物质置于马弗炉中煅烧，得到混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂。
10.所述混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，步骤(2)中在室温条件下，将三聚氰酸溶液不断搅拌逐滴加入到三聚氰胺溶液中，之后继续搅拌20～120min，出现白色沉淀，沉淀洗涤干燥后，得到作为g-c3n4基范德华异质结光催化剂前驱体的白色沉淀。
11.所述混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，步骤(3)中白色沉淀前驱体与三聚硫氰酸按照1:5～5:1的质量比混合。
12.所述混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，步骤(3)中白色沉淀前驱体与三聚硫氰酸混合，置于马弗炉中500～600℃煅烧，保温2～6h。
13.所述混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，三聚氰胺溶液的浓度为0.025g/ml，三聚氰酸溶液的浓度为0.05g/ml。
14.上述方法制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂。
15.上述光催化剂在光催化产氢和光催化降解罗丹明b染料中的应用。
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制备不同比例s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂，工艺操作简单，光催化性能高，可重复性好，能满足实验室和工业需求。
18.(2)本发明制备的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂具有高效的光催化产氢和降解染料性能。
附图说明
19.图1为实施例1制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂(cncns)的xrd图；
20.图2为实施例1制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂(cncns)sem图；
21.图3为实施例1制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂降解罗丹明b降解率图；
22.图4为混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂光催化产氢性能图；
23.图5为实施例1制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂光催化降解罗丹明b循环图。
具体实施方式
24.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。
25.实施例1
26.一种混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
27.(1)将三聚氰胺1.0g和三聚氰酸1.0g分别溶解在40ml和20ml二甲基亚砜中，分别得到完全澄清的三聚氰胺溶液和三聚氰酸溶液；
28.(2)在搅拌条件下将三聚氰酸溶液滴入三聚氰胺溶液，之后继续搅拌20min，出现白色沉淀，洗涤并干燥；
29.(3)将白色沉淀前驱体与三聚硫氰酸按照质量比2:1混合后置于马弗炉520℃中煅
烧，得到2d/3d混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂(cncns)。
30.图1说明所制备的材料是g-c3n4，与s掺杂的2d g-c3n4(cns)和花状g-c3n4(cn)相比较，锋强度明显降低，归因于形成了范德华异质结，抑制了晶体结构的生长。图2说明s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂具有2d/3d混合维度的结构特征。
31.在光催化反应产氢系统中测量上述制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的光催化产氢性能，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℃。将光催化剂(上述制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂)、3％h
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cl6o6pt和三乙醇胺混合在水溶液中。采用在线气相色谱法(gc 7920,ar为载体气，tcd检测器)测定h2的含量，测量结果如图4所示。结果表面，与cns和cn相比较，光催化产氢性能分别提高了6倍和8倍。
32.实施例2
33.一种混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
34.(1)将三聚氰胺1.0g和三聚氰酸1.0g分别溶解在40ml和20ml二甲基亚砜中，分别得到完全澄清的三聚氰胺溶液和三聚氰酸溶液；
35.(2)在搅拌条件下将三聚氰酸溶液滴入三聚氰胺溶液，之后继续搅拌20min，出现白色沉淀，洗涤并干燥；
36.(3)将白色沉淀前驱体与三聚硫氰酸按照质量比1:1混合后置于马弗炉520℃中煅烧，得到混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂。
37.实施例3
38.一种混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)将三聚氰胺1.0g和三聚氰酸1.0g分别溶解在40ml和20ml二甲基亚砜中，分别得到完全澄清的三聚氰胺溶液和三聚氰酸溶液；
40.(2)在搅拌条件下将三聚氰酸溶液滴入三聚氰胺溶液，之后继续搅拌20min，出现白色沉淀，洗涤并干燥；
41.(3)将白色沉淀前驱体与三聚硫氰酸按照质量比3:1混合后置于马弗炉520℃中煅烧，得到混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂。
42.在光催化反应系统中测量上述制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂的光催化性能，反应体系选用250w氙灯作为光源，通过循环冷却水使系统温度保持在20℃左右。将10mg左右光催化剂(上述制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂)混合在10mg/l的罗丹明b溶液中，用于降解罗丹明b染料。采用紫外可见分光光度计(lambda 950,200nm-800nm)测量罗丹明b溶液的吸光度。如图3所示(图3中图示1:1、2:1、3:1分别代表实施例2、实施例1、实施例3制得的光催化剂的催化效果变化曲线)，随着时间延长罗丹明b有明显降解，且80min左右基本降解完毕，表明制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂具有极高的降解性能。
43.图5为实施例1制得的混合维度s掺杂g-c3n4基范德华异质结光催化剂光催化降解罗丹明b循环图。由图5可知，该光催化剂循环多次之后依然具有很好的催化效果，说明该光催化剂可以重复使用。