[发明专利]一种多孔花粉碳光电催化剂的制备和应用

说明书

本发明公开一种多孔花粉碳光电催化材料的制备方法，步骤如下：（1）制取LP‑Et：称取20 g荷花花粉，在玛瑙研钵中充分研磨后投入200 mL无水乙醇中，超声清洗后静置，去除清洗液后反复进行3次，60℃干燥12 h后得到黄色粉末状固体LP‑Et；（2）碳化：称取2 g步骤（1）的LP‑Et置于马弗炉中煅烧；（3）制取LP‑C：随后转入管式炉中通氩气继续煅烧，升温速率为10℃/min，从室温分别煅烧至500℃、600℃、700℃、800℃，保温3 h；分别制得LP‑C‑500、LP‑C‑600、LP‑C‑700和LP‑C‑800。本发明能作为光电催化材料在利用太阳能中的应用。

技术领域

本发明属于一种多孔花粉碳光电催化剂的制备和应用，具体涉及多孔花粉碳复合光催化剂的合成方法及其在光催化/光电催化制氢中的应用，属于能源与环保技术领域。

背景技术

如今，由于环境问题的逐渐恶化和化石燃料价格的持续上涨，寻找可替代的绿色能源已成为必然趋势，氢作为一种无污染、可持续、能量利用率高的清洁能源得到了人们的广泛关注。利用可再生太阳能和水进行光催化水裂解是较有前途的制氢方法，而光催化剂在光催化水裂解产氢机制中起着重要的作用，因此开发更为高效的新型光催化剂已成为科学家们的研究热点之一。

生物碳材料具有独特的物理化学性质，如大量的活性中心、半导体特性、高比表面积和丰富的氧空位，并且其本身存在的大量非金属元素(N、C、S和P等)，为大规模生产高性能光催化剂提供了新的机会。该发明制备的一系列材料为表面呈现多孔互连的网络孔隙结构的球形颗粒，且为介孔结构，这种结构有利于光催化降解中的传质过程。此外，花粉碳材料中含有N、P等元素，而碳材料的 P 掺杂可以改变碳材料的电导率和带隙，从而实现更有效的光催化氧化反应，可在可见光条件下实现高效的光催化水解制氢。

发明内容

本发明的目的是：解决了碳材料作为光催化/光电催化剂仅对太阳光中的紫外光谱部分响应的难点，碳材料的 P 自掺杂可以改变碳材料的电导率和带隙，将对光谱的吸收范围拓宽至可见光区域，以实现更有效的光催化氧化反应。本发明以低成本莲花花粉为碳源，采用简便的两步焙烧法制备了多孔花粉碳光催化剂，制备方法简单，造价低廉，产率高，可进行大批量生产。

为实现上述目的，本发明使用两步焙烧法获得花粉碳材料，采用如下技术方案：

一种多孔花粉碳光电催化材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）制取LP-Et：称取20 g 荷花花粉，在玛瑙研钵中充分研磨后投入200 mL无水乙醇中，超声清洗10 min后静置10 min，去除清洗液后反复进行3次，60 ℃干燥12 h后得到黄色粉末状固体，标记为LP-Et；

（2）碳化：称取2 g 经过步骤（1）的LP-Et置于马弗炉中煅烧，升温速率为5 ℃/min，从室温煅烧至300 ℃，保温6 h；

（3）制取LP-C：随后转入管式炉中通氩气继续煅烧，升温速率为10 ℃/min，从室温分别煅烧至500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃，保温3 h；经过步骤（1）和步骤（2）的两次煅烧之后得到的黑色粉末状固体即为LP-C，根据氩气条件下焙烧温度的不同，将不同的花粉碳样品分别标记为LP-C-500、LP-C-600、LP-C-700和LP-C-800。

本发明上述的方法制得的多孔花粉碳作为光电催化材料在利用太阳能中的应用。

本发明的有益效果：解决了碳材料作为光催化/光电催化剂仅对太阳光中的紫外光谱部分响应的难点，碳材料的 P 自掺杂可以改变碳材料的电导率和带隙，将对光谱的吸收范围拓宽至可见光区域，以实现更有效的光催化氧化反应。本发明以低成本莲花花粉为碳源，采用简便的两步焙烧法制备了多孔花粉碳光催化剂，制备方法简单，造价低廉，产率高，可进行大批量生产。

将本发明所制备的多孔花粉碳及稀商业炭黑制成薄膜电极于FTO玻璃片上，以测试其电化学参数。粉体材料分散在水溶液中用于测试光催化产氢。

附图说明