CN115487850B - 一种光热催化复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光热催化材料技术领域，公开了一种光热催化复合材料，所述光热催化复合材料由氮掺杂石墨烯包覆CuS/N‑TiO2纳米颗粒形成，解决了现有技术中光热催化材料效率低的问题，实现了光热催化复合材料的高效吸附活化性能，尤其在二氧化碳催化还原过程中催化效果显著。
Description
技术领域
本发明属于光热催化材料技术领域，尤其涉及一种光热催化复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
将二氧化碳转化为低成本可再生能源(如太阳能或风能)驱动的高附加值化学原料或液体燃料，可以缓解能源危机并促进碳循环。利用光热效应来替代外部热源，或者利用Vis-NIR激发窄带隙金属氧化物，来驱动CO2催化反应是一个合理而且具有发展前景的方法。
金属硫化物尤其是二维过渡金属硫化物具备优异的光学、电学、机械和化学性能，且大多数过渡金属硫化物具有比较窄的禁带，具有吸收近红外光辐射的能力；CuS这种金属硫化物吸收大量的太阳光，特别是红外光，把太阳能转换为热能，从而加速CO2向碳氢燃料的转变；TiO2光催化是一种近几年兴起的CO2处理技术，不仅没有传质限制、可以在常温下进行操作，而且还可以利用太阳辐射。该催化剂不仅价格低廉，同时，它的晶体结构和粒子性质也很丰富，无毒无害、具有高催化性能和良好的光化学稳定性并且不会产生二次污染。
现有技术中公开有成功制备的CuS/TiO2这种CuS基光热复合材料，且应用于太阳能诱导的光热催化CO2转化，在全光谱照射下，CO的生成速率能够达到25.97μmol g-1h-1。
发明内容
为了进一步提高CuS基光热复合材料的光热催化效率，本申请实施例提供了一种光热催化复合材料及其制备方法和应用，所述光热催化复合材料由氮掺杂石墨烯N-rGO包覆CuS/N-TiO2纳米颗粒形成，解决了现有技术中光热催化材料效率低的问题，实现了光热催化复合材料的高效吸附活化性能，尤其在二氧化碳催化还原过程中催化效果显著。
本发明实施例提供一种光热催化复合材料，所述复合材料以氮掺杂的石墨烯为载体，包覆硫化铜和氮掺杂二氧化钛形成的CuS/N-TiO2纳米颗粒作为活性成分。
本申请实施例还提供了上述光热催化复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在乙醇中加入氧化石墨烯获得混合均匀的氧化石墨烯溶液，分别加入氮源、铜源和硫源，所述氮源、铜源和硫源的摩尔质量比为(50～300)：(1～10)：(1～10)，配置成混合溶液I，将混合溶液I转移到高压反应釜中，160℃反应12h获得反应后的混合溶液Ⅱ；将混合溶液Ⅱ从高压反应釜中取出，自然降温至室温后，利用高速离心法从混合溶液Ⅱ中分离出沉淀物I，再用提前制备好的乙醇和去离子水溶液反复清洗沉淀物I，反复清洗过的沉淀物记为沉淀物Ⅱ，将沉淀物Ⅱ烘干；将钛酸四正丁酯C16H36O4Ti和氨水溶液混合，同时加入上述沉淀物Ⅱ，均匀搅拌2h后放入高压反应釜，置在温度为160℃～200℃的条件下，反应12～24h；反应结束后，反应釜冷却至室温，取出混合物离心分离，反复轮流清洗至离心后的上清液为中性，将最终获得的中性上清液样品烘干，得到最终产物氮掺杂石墨烯负载CuS/N-TiO2。
所述高压反应釜为马弗炉或PTFE高压反应釜均可。
优选的，所述氮源、铜源和硫源分别为尿素、二水合氯化铜和硫脲；
优先的，所述钛酸四正丁酯C16H36O4Ti和氨水溶液混合，其中钛酸四正丁酯C16H36O4Ti和氨水体积比为1:8；
优选的，所述所述氮源、铜源和硫源的摩尔质量比为(75～150):1:1。
优选的，所述所述氮源、铜源和硫源的摩尔质量比为150:1:1。
优选的，所述沉淀物Ⅱ烘干的步骤包括：放置于干燥箱中，将温度调节至60℃，烘干12h。
优选的，所述中性上清液样品烘干的步骤包括：置于60℃烘箱烘干12小时。
本申请实施例还提供了上述光热催化复合材料在CO2还原反应光热催化剂中的应用，可用于全光谱照射下CO2转换。
基于金属硫化物和TiO2在光催化领域本身所具备的优势，本发明所述一种光热催化复合材料的制备方法，利用N元素掺杂于TiO2形成的氧缺陷，提高TiO2在可见光的光催化活性；再利用石墨烯具有的较大比表面积，导电性能、力学性能优异，作为光催化的良好载体，而氮掺杂后石墨烯本身电子转移率较高，同时CO2催化活性位点增多，采用氮掺杂的石墨烯负载上述紫外响应型TiO2与窄带隙半导体材料CuS的形成的复合产物，具有较好的全光谱照射CO2转换能力。
本申请实施例中提供的一种或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本发明提供的一种光热催化复合材料的制备方法，采用溶剂热法、搅拌、纯化的物化方法，以高电子转移率及CO2催化活性位点的氮掺杂石墨烯为载体，将硫化铜的多电子氧化还原能力与含有氧缺陷的氮掺杂二氧化钛的强电荷转移能力结合，制备出高光热催化活性且低成本的CO2催化复合材料，制备工艺简单、易于控制，适用范围广。
本发明提供的一种光热催化复合材料，其中，CuS/N-TiO2纳米颗粒阵列形貌均匀，比表面积大，表面富含活性位点；负载CuS纳米颗粒可使N-TiO2在近红外光吸收方面表现出比其本身更加强大的能力，从而使得复合材料可以吸收更多的近红外光的热能用于CO2的转化中。同时，CuS还可以有效地提高复合材料间的载流子的分离效率，从而提高了CO2太阳能催化转化效率；氮掺杂石墨烯可以有效催化剂提高其电子转移率，同时表面氧空位提升对CO2还原的催化活性。
附图说明
图1为本申请实施例1所述光热催化复合材料的透射电镜图；
图2为本申请实施例1所述光热催化复合材料的XRD图；
图3为本申请实施例1-实施例5、对比例1-对比例3制备的复合材料的光催化测试结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。以下实施例中采用的原料规格均为分析纯，来自于国药集团化学试剂有限公司及阿拉丁试剂有限公司。
实施例1
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法如下：在30mL乙醇中加入20mg氧化石墨烯，超声搅拌得到均匀的氧化石墨烯溶液，分别加入15mmol尿素、0.1mmol二水合氯化铜和0.1mmol的硫脲。随后将该混合溶液转移到50ml PTFE高压反应釜中，160℃反应12h。反应后的混合溶液从PTFE高压反应釜中取出，使其自然降温，当温度降到室温后，利用高速离心法将沉淀物从混合溶液中分离出来，再用提前制备好的乙醇和去离子水溶液反复清洗，最后将反复清洗过的沉淀物放置于干燥箱中，将温度调节至60℃，烘干12h。将5mL的钛酸四正丁酯(C16H36O4Ti)和40mL的25％氨水溶液混合，同时加入步骤2制备的沉淀物，均匀搅拌2h后放入PTFE高压反应釜，置在温度为180℃的条件下，反应24h。反应结束后，将反应釜冷却至室温，取出混合物离心分离，反复轮流清洗至离心后的上清液为中性，将样品置于60℃烘箱烘干12小时，得到最终产物。
如图1所示，为实施例1所制备的复合材料的TEM图。由图可知，制备的CuS/N-TiO2纳米颗粒直径约为20～30nm，被含有较多褶皱的氮掺杂石墨烯所包覆。
如图2所示，采用X射线衍射仪(型号：DT-TD-3500，生产厂家：丹东通达科技有限公司)对实施例1所得的复合材料进行衍射，得到的XRD图如图2所示，图2中，横坐标为2θ角度，纵坐标为衍射峰强度，实施例1所得的光热催化剂具有CuS、N-TiO2和N-rGO的峰，由此表明了CuS/N-TiO2和N-rGO形成了复合材料。
实施例2
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法与实施例1的不同之处仅在于，实施例2中在氧化石墨烯溶液分别加入的尿素、二水合氯化铜和硫脲的用量不同，具体的本实施例中是加入10mmol尿素、0.1mmol二水合氯化铜和0.1mmol的硫脲。
实施例3
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法与实施例1的不同之处仅在于，实施例3中在氧化石墨烯溶液分别加入的尿素、二水合氯化铜和硫脲的用量不同，具体的本实施例中是加入5mmol尿素、0.1mmol二水合氯化铜和0.1mmol的硫脲。
实施例4
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法与实施例1的不同之处仅在于，实施例4中在氧化石墨烯溶液分别加入的尿素、二水合氯化铜和硫脲的用量不同，具体的本实施例中是加入15mmol尿素、0.2mmol二水合氯化铜和0.2mmol的硫脲。
实施例5
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法与实施例1的不同之处仅在于，实施例5中在氧化石墨烯溶液分别加入的尿素、二水合氯化铜和硫脲的用量不同，具体的本实施例中是加入15mmol尿素、0.05mmol二水合氯化铜和0.05mmol的硫脲。
对比例1
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法与实施例1的不同之处仅在于，对比例1中未在氧化石墨烯溶液中加入尿素，具体的对比例1中是加入0.1mmol二水合氯化铜和0.1mmol的硫脲。
对比例2
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法与实施例1的不同之处仅在于，对比例2中仅在氧化石墨烯溶液中加入尿素，未加入二水合氯化铜和硫脲，具体的对比例2中是加入15mmol尿素。
对比例3
一种光热催化复合材料的制备方法，其制备方法与实施例1的不同之处主要在于，对比例3中仅包含纳米二氧化钛结构的制备过程，具体的制备方法包括：将5mL的钛酸四正丁酯(C16H36O4Ti)和40mL的氨水溶液混合，均匀搅拌2h后放入PTFE高压反应釜，置在温度为160℃的条件下，反应20h。反应结束后，将反应釜冷却至室温，取出混合物离心分离，反复轮流清洗至离心后的上清液为中性，将样品置于60℃烘箱烘干12小时，得到最终产物。
复合材料的CO2光热催化实验
将上述实施例和对比例制备的产物复合材料催化剂分别称取0.1g装入光热催化反应系统中，在高纯度CO2(99.999％)条件下，以15mL/min的流量通入恒温水浴锅，得到含35％水蒸汽的混合气后进入催化反应器。通气20min后，做到吸咐饱和时关掉出气口，降低总流量至10mL/min，10min后终止通气，随后开启300W氙灯光源，使之处于紫外-可见-红外光照射，并加热到160℃，10h后关掉光源及热源。从反应器中取出1mL气体，使用配备火焰离子化检测器(FID)的气相色谱仪进行定量分析。
从实验结果来看，CO是氮掺杂石墨烯负载CuS/N-TiO2复合材料光热催化CO2的主要产物。图3表明了在UV-Vis-IR辐射的条件下，添加不同比例CuS及负载不同氮掺杂量的石墨烯的复合材料催化剂的CO产生速率。实施例1所制备的光热催化材料对应的反应过程达到了其最大反应速率，为29.8μmol g-1h-1。
研究结果显示，在CuS的添加量为0.1mmol且氮掺杂石墨烯的尿素添加量为15mmol时制备的光热催化材料具有最佳的催化效果，在石墨烯表面掺杂N元素产生大量不饱和位点，有利于CO2吸附及活化；CuS的添加也有利于太阳光吸收，催化CO2还原，CuS的添加量过小或者过大时，CO2转换效率下降的原因可能是因为添加量过少，导致了光生电子不能进行有效地传输，而添加过多的CuS会掩盖了TiO2上的活性位点，从而导致CO2不能被有效地吸附活化。
Claims (7)
1.一种光热催化复合材料，其特征在于，所述复合材料以氮掺杂的石墨烯为载体，包覆硫化铜和氮掺杂二氧化钛形成的CuS/N-TiO2纳米颗粒作为活性成分；
所述光热催化复合材料的制备方法包括以下步骤：在乙醇中加入氧化石墨烯获得混合均匀的氧化石墨烯溶液，分别加入氮源、铜源和硫源，所述氮源、铜源和硫源的摩尔质量比为（50~300）：（1~10）：（1~10），配置成混合溶液I，将混合溶液I转移到高压反应釜中，160℃反应12 h获得反应后的混合溶液Ⅱ；将混合溶液Ⅱ从高压反应釜中取出，自然降温至室温后，利用高速离心法从混合溶液Ⅱ中分离出沉淀物I，再用提前制备好的乙醇和去离子水溶液反复清洗沉淀物I，反复清洗过的沉淀物记为沉淀物Ⅱ，将沉淀物Ⅱ烘干；将钛酸四正丁酯C16H36O4Ti和氨水溶液混合，同时加入上述沉淀物Ⅱ，均匀搅拌2h后放入高压反应釜，置在温度为160℃~200℃的条件下，反应12~24 h；反应结束后，反应釜冷却至室温，取出混合物离心分离，反复轮流清洗至离心后的上清液为中性，将最终获得的中性上清液样品烘干，得到所述光热催化复合材料即氮掺杂石墨烯负载CuS/N-TiO2；
所述氮源、铜源和硫源分别为尿素、二水合氯化铜和硫脲；
所述氮源、铜源和硫源的摩尔质量比为（75~150）:1:1。
2.如权利要求1所述的一种光热催化复合材料，其特征在于，所述氮源、铜源和硫源的摩尔质量比为150:1:1。
3.如权利要求1所述的一种光热催化复合材料，其特征在于，所述钛酸四正丁酯C16H36O4Ti和氨水溶液混合，其中钛酸四正丁酯C16H36O4Ti和氨水体积比为1:8。
4.如权利要求1所述的一种光热催化复合材料，其特征在于，所述沉淀物Ⅱ烘干的步骤包括：放置于干燥箱中，将温度调节至60℃，烘干12 h。
5.如权利要求1所述的一种光热催化复合材料，其特征在于，所述中性上清液样品烘干的步骤包括：置于60℃烘箱烘干12小时。
6.权利要求1所述的光热催化复合材料作为光热催化剂的应用。
7.如权利要求6所述的光热催化复合材料作为光热催化剂的应用，其特征在于，所述光热催化复合材料作为CO2还原反应的光热催化剂。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105293492A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-02-03 | 南开大学 | 一种利用石墨烯基催化剂热还原co2合成co的方法 |
| CN107159264A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-09-15 | 中国计量大学 | 一种高效全光谱响应CuS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法 |
| CN110420646A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-08 | 湘潭大学 | 一种石墨烯/硫化铜锌复合光催化剂的制备方法 |
| CN110841680A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-02-28 | 淮阴师范学院 | 一种氮、硫-掺杂石墨烯-CuS复合材料的制备方法 |
| CN113198398A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-03 | 南京工业大学 | 一种CuS-石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
| CN114870623A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-09 | 西安交通大学 | 太阳能光热耦合相转换二氧化碳还原催化反应系统及方法 |
-
2022
- 2022-10-28 CN CN202211331218.6A patent/CN115487850B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105293492A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-02-03 | 南开大学 | 一种利用石墨烯基催化剂热还原co2合成co的方法 |
| CN107159264A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-09-15 | 中国计量大学 | 一种高效全光谱响应CuS/石墨烯复合光催化剂及其制备方法 |
| CN110420646A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-08 | 湘潭大学 | 一种石墨烯/硫化铜锌复合光催化剂的制备方法 |
| CN110841680A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-02-28 | 淮阴师范学院 | 一种氮、硫-掺杂石墨烯-CuS复合材料的制备方法 |
| CN113198398A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-03 | 南京工业大学 | 一种CuS-石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
| CN114870623A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-09 | 西安交通大学 | 太阳能光热耦合相转换二氧化碳还原催化反应系统及方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| "Enhanced solar induced photo-thermal synergistic catalytic CO2 conversion by photothermal material decorated TiO2";Li Wang et al.;《Solid State Sciences》;第67-73页 * |
| "N-doped reduced graphene oxide promoted nano TiO2 as a bifunctional adsorbent/photocatalyst for CO2 photoreduction: Effect of N species";Liang-Yi Lin et al.;《Chemical Engineering Journal》;第449-460页 * |
| "Preparation of CuS-graphene oxide/TiO2 composites designed for high photonic effect and photocatalytic activity under visible light";PARK ChongYeon et al.;《Chinese Journal of Catalysis 34》;第711-717页 * |
| CuS/石墨烯光催化降解染料废水;邢亚均;魏奕雯;石浩然;薛丽云;;印染(第15期);第39-40页 * |
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