[发明专利]一种硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料的制备方法，属于材料制备和能源环境领域。

背景技术

当今社会的发展离不开能源，而现有能源大多依赖于化石燃料的燃烧。但化石燃料在为我们提供能源的同时有着余量稀缺、二次污染的问题，因此，发展清洁能源迫在眉睫。在众多清洁能源中，氢能受到了广泛的关注。目前产氢技术主要有裂解石油、电解水、光催化裂解水等。但裂解石油的方法仍受化石能源制约，电解水的方法则消耗了大量的电能，故光催化裂解水这一低成本产氢途径成为最优选择。为提高光催化裂解水的效率，各种催化剂被引入反应体系。石墨相氮化碳由于其制备价格低廉、化学稳定性较好而具有极大的研究价值，然而，石墨相氮化碳同时存在着光生电子-空穴复合速率快、比表面积小的缺点，不利于其在光催化反应中的应用，采用助催化剂与石墨相氮化碳进行复合则能有效提高催化剂的产氢效能。常用的助催化剂通常含有贵金属元素，如铂等，提高了反应的成本。本发明摒弃了贵金属元素，采用ZIF-67CoNi沸石咪唑酯骨架材料作为原材料生成的过渡金属硒化物二硒化钴、二硒化镍具有粒径小、比表面积大的性质，且由于硒原子半径大，电负性低，对钴、镍的外层电子作用力小，这些电子能够促进氧化还原反应的进行，并联同石墨相氮化碳光催化剂材料产生协同效应，从而使过渡金属硒化物二硒化钴、二硒化镍作为助催化剂与石墨相氮化碳复合的材料有利于光催化产氢反应中电子的传输，同时也减少了电子-空穴复合。但在现有研究中，这一复合材料尚未被用本发明方法制备且并未在光催化产氢方面进行应用。

发明内容

本发明的发明目的在于提供了一种硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料的制备方法。该制备方法具有制备工艺简单，易于控制，合成成本低等特点。所得纳米级二硒化钴、二硒化镍助催化剂材料在石墨相氮化碳上负载，用于光催化产氢催化活性高。

一种硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料的制备方法，其由二硒化钴、二硒化镍纳米颗粒沉积在层状石墨相氮化碳表面形成，所述的硒化物是二硒化钴、二硒化镍复合物，所述复合光催化材料中硒化物以硒元素计的载量质量百分比为2.5-12.5%。

一种硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备ZIF-67CoNi沸石咪唑酯骨架材料；

（2）制备石墨相氮化碳粉体；

（3）将ZIF-67CoNi沸石咪唑酯骨架材料、硒粉和石墨相氮化碳粉体按一定比例进行混合，玛瑙研钵研磨一定时间，在N₂气氛下煅烧后，得到硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料；

按上述方案，步骤（3）所述煅烧过程为5~10℃/min升温至300~350 ℃保温3~5小时。

本发明二硒化钴、二硒化镍以硒粉和ZIF-67CoNi沸石咪唑酯骨架材料为原材料制备，采用锻烧方法即可获得一种硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料，该方法可保证纳米级二硒化钴、二硒化镍在石墨相氮化碳上负载。由此得到的硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料能够有效地增大反应接触面积、减少光生电子和空穴的复合，从而使二硒化钴、二硒化镍作为助催化剂有效的提高了石墨相氮化碳的光催化产氢性能。因此，这种硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料在光催化、能源及环境等领域具有广泛的应用前景。

本发明提供的制备方法及其得到的材料具有以下优点：

（1）本发明提供的制备工艺简单，操作方便，合成成本低，所得材料热稳定性及化学稳定性好，易于储存，并且选取不同的负载比例可以控制其性能；

（2）本发明制备的硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料有效解决了单一石墨相氮化碳材料的光生电子空穴对复合率高的问题，提高了光催化反应速率，进一步提高了产氢效率。

附图说明

图1为本发明不同实施例制备的硒化物/石墨相氮化碳复合光催化材料的X射线粉末衍射检测图。

图2为本发明实施例2中硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料扫描电镜图。

图3为本发明实施例2中硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂材料元素分析图。

图4为本发明不同实施例制备的硒化物/石墨相氮化碳复合光催化剂、单一的石墨相氮化碳材料可见光光催化分解水产氢速率对比图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

具体实施例1