一种硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂的制备方法及其应用与流程

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本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂的制备方法，通过此方法制得的光催化材料对氢气的制备具有较高的活性。


背景技术：

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能源危机和环境问题是本世纪人类面临的两大挑战，光催化制备氢不但是光能利用的一种有效途径，所获得的氢能在化石能源逐渐枯竭、新能源迫切需求的今天，更是具有极高的经济价值。氢的燃烧热值高，燃烧同等质量的氢产生的热量远高于石油、酒精和焦炭；其燃烧产物为水，是世界上最干净的能源；资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源。但如今光催化制氢技术还处于研究阶段，亟需高活性催化剂。使用硼掺杂的石墨相氮化碳可以有效地抑制光生电子-空穴的复合，进而增强其光催化性能。但硼化石墨相氮化碳的光催化产氢能力仍然不够强，现常通过引入新的半导体材料以改善其催化性能。


技术实现要素：

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针对现有技术的不足，本发明提出了一种硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂的制备方法，并介绍了其在光催化制氢方面的应用，本发明通过负载硫化锌提升硼化石墨相氮化碳光催化材料产氢的效率。
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为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
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一种硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：步骤一、将10~20 g尿素、8~15 mg四苯硼钠和30~50 ml去离子水，超声处理20~40 min；搅拌20~40 min；然后加热2~3 h，蒸干得到白色粉末；步骤二、将步骤一得到的白色粉末置于瓷坩埚中，送入马弗炉中高温烧结，并设置温度参数：升温速率为5~15℃/min，在500~600℃时恒温1~3 h，在室温下待其自然冷却，得到硼化石墨相氮化碳粉末。
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步骤三、取40~60 ml去离子水，0.4~0.5 g乙酸锌超声处理40~80 min，得到乙酸锌溶液，再将0.2~0.4g硼化石墨相氮化碳加入乙酸锌溶液中，制得混合溶液a；步骤四、取0.5~1 g硫化钠、0.02~0.03g 十六烷基三甲基溴化铵和5~20 ml去离子水，置于烧杯中混合搅拌40~80 min，制得滴加溶液；步骤五、将步骤四制得的滴加溶液滴加到步骤三制得的混合溶液a中，滴加过程伴随搅拌，滴加结束后继续搅拌20~40 min，制得混合溶液b；步骤六、用碱性溶液三次水洗混合溶液b，移至超声波分散仪中分散离心10~20 min，过滤即得到硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂。
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进一步的，所述步骤一中加热为水浴加热，温度为50~70℃。
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进一步的，所述步骤二中高温烧结是在一个半封闭的覆盖耐高温容器系统中进行，以防止升华。
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进一步的，所述步骤五中滴加速度为1~2 ml/min，滴加量为10~15 ml。
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进一步的，步骤五中通过控制滴加溶液的滴加量来改变硫化锌在硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂的质量分数占比，以获得不同的催化性能。
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进一步的，所述步骤六中碱性溶液可为naoh溶液、氨水中任意一种。
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在光照下硫化锌能迅速产生电子-空穴对，并且光电子的还原电势比较低，通过硫化锌和硼化石墨相氮化碳组成复合结构可以降低电子-空穴的复合率，所制得的硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂具有较硼化石墨相氮化碳可见光催化剂更好的光催化产氢性能。
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作为本发明的另一技术方案，上述方法制备的硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂的应用，其特征在于：其应用于光催化分解水制氢反应中。
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本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明具备以下优点：（1）与纯硼化石墨相氮化碳相比，负载硫化锌的硼化石墨相氮化碳具有良好的光催化活性。硫化锌的直接能带宽度约为3.6 ev，光激发能快速产生电子-空穴对，激发电子的高负还原电位使其本身具有优秀的催化活性。
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（2）制备方法工艺简单便捷、成本低、对环境影响小，反应条件温和，且贴合能源问题等热点领域，具有广泛的应用前景，制备得到的光催化剂光催化性能优异，产氢效果好。
附图说明
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图1为实施例1制得的硫化锌/硼化石墨相氮化碳和对比例1制得的硼化石墨相氮化碳的析氢速率对比图。
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图2为对比例2中硫化锌的xrd图。
具体实施方式
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本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件实施例中以及不同对比例中的特征进行相应组合。
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实施例1：将20 g尿素、12 mg四苯硼钠和30 ml去离子水，超声处理0.5 h；于磁力搅拌器中搅拌0.5 h；移至恒温水浴锅中加热3 h，蒸干得到白色粉末；将白色粉末置于瓷坩埚中，送入马弗炉中高温烧结，并设置温度参数：升温速率为5 ℃/min，在520℃时恒温2 h，在室温下待其自然冷却。取50 ml 去离子水，0.4390 g乙酸锌超声处理1 h，与此同时将0.3000 g 硼化石墨相氮化碳加入其中；另提前取0.7205 g硫化钠、0.0219 g 十六烷基三甲基溴化铵和10 ml 去离子水于磁力搅拌器中搅拌1 h，滴加到上一步配好的溶液中，同时开始搅拌，滴加结束后继续搅拌0.5 h；用氢氧化钠溶液三次水洗所得溶液，移至超声波分散仪中分散离心15 min，过滤即得到硫化锌/硼化石墨相氮化碳可见光催化剂，标记为zns/bcn。
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对比例1：与实施例1不同之处为：未加入硫化锌制得硼化石墨相氮化碳，标记为bcn。
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由图1可以看出，实施例1制得的硫化锌/硼化石墨相氮化碳与对比例1制得的硼化石墨相氮化碳相比，析氢速率明显提升。
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对比例2：与实例1不同之处为：取50 ml 去离子水，0.4390 g乙酸锌超声处理1 h，另提前取0.7205 g硫化钠、0.0219 g 十六烷基三甲基溴化铵和10 ml去离子水于磁力搅拌器中搅拌1 h，滴加到上一步配好的溶液中，同时开始搅拌，滴加结束后继续搅拌0.5 h；用naoh溶液三次水洗所得溶液，移至超声波分散仪中分散离心15 min，过滤即得到硫化锌，标记为zns。
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图2为对比例2中硫化锌的xrd图。
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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。