一种高效可见光合成氨的氮化碳-二氧化钛异质结材料的制备方法及其应用

文档序号:1838514 发布日期:2021-11-16 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 一种高效可见光合成氨的氮化碳-二氧化钛异质结材料的制备方法及其应用 (Preparation method and application of carbon nitride-titanium dioxide heterojunction material for efficiently synthesizing ammonia by visible light ) 是由 张金龙 吴仕群 王灵芝 岳文晖 何承萱 陈子钰 潘礼汉 于 2021-06-16 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种具有可见光合成氨性能复合材料的制备方法,该材料在可见光光催化合成氨体系中可以得到很好的应用。本发明以尿素作为前驱体合成氮化碳(CN)材料,以四氯化钛和钛酸异丙酯作为钛源,通过将氮化碳纳米片浸泡于钛源中,随后进行水解、老化、煅烧等步骤即可得到氮化碳-二氧化钛(CN-TiO-(2))异质结材料。本发明所述方法可以简单通过控制对所加氮化碳的量来控制异质结材料中两种组分的比例,且可以通过在惰性气氛下煅烧增加异质结中氧空位的浓度。制备的富含氧空位的氮化碳-二氧化钛异质结(CN-OvTiO-(2))材料具有较高可见光吸收效率、氮气捕获能力及电荷分离效率,在可见光纯水体系中,表现出优异的光催化合成氨活性及稳定性。(The invention provides a preparation method of a composite material with visible light ammonia synthesis performance, and the composite material can be well applied to a visible light ammonia synthesis system. The invention takes urea as a precursor to synthesize a Carbon Nitride (CN) material, takes titanium tetrachloride and isopropyl titanate as titanium sources, and obtains the carbon nitride-titanium dioxide (CN-TiO) by soaking carbon nitride nanosheets in the titanium sources, and then carrying out the steps of hydrolysis, aging, calcination and the like 2 ) A heterojunction material. The method of the invention can control the proportion of two components in the heterojunction material simply by controlling the amount of the added carbon nitride, and can increase the concentration of oxygen vacancies in the heterojunction by calcining in an inert atmosphere. Prepared carbon nitride-titanium dioxide heterojunction (CN-OvTiO) rich in oxygen vacancy 2 ) The material has high visible light absorption efficiency, nitrogen capture capacity and charge separation efficiencyThe photocatalyst shows excellent photocatalytic synthetic ammonia activity and stability in a visible light pure water system.)

一种高效可见光合成氨的氮化碳-二氧化钛异质结材料的制 备方法及其应用

技术领域

涉及一种用于可见光合成氨的氮化碳-二氧化钛异质结材料,属于纳米材料领域、及光催化技术领域。

背景技术

发展太阳能合成氨光催化剂近些年来引起了化学家的广泛关注。相比于工业合成氨,光催化固氮合成氨是绿色、环保、无毒、低能耗的合成氨方式。然而光催化合成氨的效率仍远远低于实际应用的要求,因此需要开发高效、稳定、廉价的合成氨光催化剂。其中,太阳光谱中大部分为可见光,因此,发展具有可见光响应的固氮光催化剂是研究者们追求的目标。然而,大多数的半导体带隙较宽,对可见光的利用率较低。尽管许多方法能够调控催化剂的带隙宽度,拓宽催化剂的光响应范围,然而改性后的催化剂对可见光的利用率仍然有限,且催化剂存在不稳定的情况。氮化碳(CN)作为一种具有可见光响应的催化剂,近些年来受到了许多光催化研究者的青睐。氮化碳作为光催化剂最大的问题是其光生电子与空穴复合严重,光生载流子利用率低。其次,对于光催化合成氨来说,催化材料对于氮气的有效吸附是提高反应速率的关键因素之一,而空位由于其独特的空间结构及电子结构,能够有效促进氮气的化学吸附。

因此,基于以上研究背景,从可见光的吸收、光生电荷的有效分离及氮气的有效吸附三个方面考虑,本发明制备了富含氧空位的氮化碳-二氧化钛异质结,同时将材料与不含氧空位的氮化碳-二氧化钛异质结及富含氧空位二氧化钛活性进行了系统对比。一方面,异质结中的氮化碳可作为可见光吸收组分,促进更多可见光的吸收;另一方面,氮化碳与二氧化钛能够形成异质结促进电荷分离,从而提高光催化活性。另外,通过在二氧化钛上制备氧空位促进了氮气的化学吸附。该发明所制备的富含氧空位的氮化碳-二氧化钛异质结材料实现了可见光下的高效及高稳定合成氨。

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