[发明专利]金属相二硒化钼/二维氮化碳光催化材料及制备方法

说明书

本发明涉及光催化材料，特指一种金属相(1T)二硒化钼/二维(2D)氮化碳光催化材料及制备方法。通过使用金属相二硒化钼取代贵金属铂，助催化二维氮化碳半导体实现可见光照射下持续稳定分解水析氢。

技术领域

本发明涉及光催化材料，特指一种金属相(1T)二硒化钼/二维(2D)氮化碳光催化材料及制备方法，属于纳米材料和光解水产氢技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，环境和能源危机已经成为了全球最严峻和有待解决的问题。到目前为止，人类赖以生存的能源依然是以煤炭、石油为主导的传统化石能源。这类能源在推动人类发展的同时带来了必可避免的污染，更为重要的是，化石能源的不可再生性决定了在若干年以后它们将被使用完。氢能作为一种具备高能量密度的绿色能源，是一种可能在未来替代传统化石能源的候选能源。太阳能是取之不尽的天然能量，利用太阳能驱动催化水的分解制氢是氢能源发展的一种重要手段。然而光催化分解水较低的太阳能转化效率、较高的材料成本等因素限制着其向产业化发展的步伐。针对这些问题，目前研究主要通过对光催化剂、助催化剂等材料结构上的设计调控来进行改善。

氮化碳材料是一种可以光解水产氢的半导体。其具备可见光吸收能力、绿色稳定、成本低廉的特性使得它受到广泛研究关注。但是其光生电子有效利用率低，表面催化析氢能力较差，使得其产氢性能非常有限。通过自上而下的剥离方法量产二维结构的氮化碳，可以提升其比表面积，缩短光生电荷从体相到表面的传输距离，从而大幅提升了其量子效率和光解水产氢活性。传统半导体光解水过程中，通常需要贵金属，尤其是铂作为助催化剂来捕获电荷和降低反应过电位从而实现高效产氢，二维氮化碳也不例外。但是铂昂贵的价格必将限制了其大规模应用的可能，因此研究新型廉价稳定高效的铂取代材料十分有意义。金属相的二硒化钼，由于其本身较大的功函数和良好的导电性，负载于半导体表面可以有效捕获光生电荷，提升电子-空穴对的分离效率。另外，其较低的析氢反应过电位可以使得表面催化生成最终氢气产物的效率得到提高。因此，金属相二硒化钼是有希望替代铂的一种助催化剂。根据以上基础，本发明提供一种金属相二硒化钼/二维氮化碳的助催化剂/半导体类的光催化材料的制备方法，其光催化分解水产氢效率相比单一二维氮化碳得到大幅度提升。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种廉价、稳定、高效的金属相二硒化钼/二维氮化碳光催化材料的制备方法，目的是通过使用金属相二硒化钼取代贵金属铂，助催化二维氮化碳半导体实现可见光照射下持续稳定分解水析氢。

实现本发明的技术解决方案为：金属相二硒化钼/二维氮化碳光催化材料是通过质量比为1：100～5:100的比例将二硒化钼负载在氮化碳上制备得到，其中二硒化钼为金属相结构，氮化碳为二维片层结构。

该材料的制备方法包括如下步骤：

(1)通过马弗炉中三次煅烧的方法得到二维氮化碳纳米片，所述制备方案可以参考：X.She,J.Wu,J.Zhong,H.Xu,Y.Yang,R.Vajtai,J.Lou,Y.Liu,D.Du,H.Li,P.M.Ajayan,Oxygenated monolayer carbon nitride for excellent photocatalytic hydrogenevolution and external quantum efficiency,Nano Energy,27(2016)138-146。

(2)将二维氮化碳纳米片、五氯化钼、二氧化硒加入到正辛胺溶剂中搅拌超声分散，得到混合液。

(3)将分散好的混合液转移至高压反应釜中，继而将反应釜放置在鼓风烘箱中进行高温反应，反应结束后将所得沉淀洗涤、干燥，即得到所述的光催化材料。

步骤(1)中的三次煅烧，第一次煅烧是在加盖的坩埚中加入2g三聚氰胺，第二、三次煅烧是在方舟中平铺500mg前一次煅烧得到的物质。