[发明专利]一种三元金属硫化物/石墨相氮化碳复合光催化材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备及光催化技术领域，具体涉及到MMoS₄/g-C₃N₄(M=Co，Ni，Cu)复合光催化材料及其制备方法和在光催化产氢中的应用。

背景技术

化石燃料是不可再生能源，并且由化石燃料燃烧所释放的二氧化碳气体导致的全球变暖和环境污染问题也随之而来。因此，探索清洁且环境友好的可持续能源己经引起了广泛的关注。由于太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源，因此，利用光催化分解水制氢实现从太阳能到氢能的直接转换，是获取新能源的理想途径之一。

目前为止，已报道数百种具有分解水制氢活性的半导体光催化剂，但是大多光催化剂存在带隙宽、光生载流子复合率高或稳定性差等问题，难以满足实际需求。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是新近发现的一种聚合物半导体可见光光催化剂，其结构和光催化分解水制氢性能稳定，未含有金属元素，资源丰富。这种非金属光催化材料的发现打破了光催化剂必须含有金属成分的传统认识，是未来光催化研究领域一个值得深入探索的方向。然而，纯g-C₃N₄表面产氢动力学行为差，导致其光催化产氢效率低，因此，开发高催化活性析氢催化剂并与g-C₃N₄耦合应用于光催化产氢体系显得至关重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种三元金属硫化物/g-C₃N₄复合光催化材料及其制备方法和应用，该复合材料合成技术简单、易于操作，在产氢过程中表现出良好的催化活性，具有潜在的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三元金属硫化物/g-C₃N₄复合光催化材料，其是由MMoS₄（M=Co，Ni，Cu）与g-C₃N₄复合而成；其制备方法是采用热聚合法制备g-C₃N₄，再结合共沉淀法在g-C₃N₄上负载MMoS₄颗粒，形成所述复合光催化材料；具体包括以下步骤：

1）将氮化碳前驱物在马弗炉中煅烧，煅烧温度为520~580℃，煅烧时间为1~5 h，得到淡黄色g-C₃N₄粉体；

2）将所得g-C₃N₄粉体分散在去离子水中形成悬浮液，加入一定量的过渡金属盐和硫代钼酸铵，搅拌，水浴加热，离心，洗涤，冷冻干燥，煅烧，得到三元金属硫化物/g-C₃N₄复合光催化材料；

其中，所述氮化碳前驱物为氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺或尿素。

硫代钼酸铵与g-C₃N₄的质量比为0~0.20；过渡金属盐与硫代钼酸铵的质量比为1~3；所述过渡金属盐为CoCl₂、NiCl₂、CuCl₂、Co(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂、CoSO₄、NiSO₄和CuSO₄中的任意一种。

所述水浴加热的温度为40~90℃，时间为1~10 h。

所述煅烧在惰性气氛中进行，煅烧温度为250~450 ℃，煅烧时间为1~5 h。

所述三元金属硫化物/g-C₃N₄复合光催化材料可在醇-水体系中进行光催化产氢。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：