技术领域
[0001] 本
发明属于工业催化技术领域，具体涉及一种PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
[0002] 氢气作为一种高效的清洁原料，在经济建设和社会发展中发挥着重要作用，被广泛应用于石油化工、
电子工业、
食品加工、
冶金工业以及航空航天等多种领域,被誉为构建未来
能源格局的理想绿色载体。目前，氢气的来源主要有
水煤气转化、
烃类裂解以及
电解水等工艺方法。这些工艺较为成熟，占领了主要市场，但是其对不可再生资源消耗过大且存在环境污染以及安全等问题。因此，如何实现氢气的低成本绿色制取是我国生态文明建设所必须优先考虑的重大课题。
[0003] 光催化分解水制氢技术素有“水中取火”之称，被认为是实现清洁可持续氢气绿色高效生产的重要途径。该技术机理在于，当光催化材料受到
光激发时，产生光生电子-空穴对(载流子)；光生电子从
价带跃迁到导带上，从而在价带上留下光生空穴，如果这些光生电子在其寿命周期内能够迁移至
半导体材料表面，可与水溶液中H+作用，从而产生氢气。而在众多的光催化材料中，
石墨相氮化
碳(g-C3N4)作为一种新型二维非金属光催化材料，具有可见光吸收能
力、易调控的能带结构、优异的化学
稳定性和
热稳定性、绿色无毒以及来源丰富等优点。不过g-C3N4自身较低的载流子分离和迁移效率极大限制其在光催化产氢领域的实际应用。
[0004] 助催化剂负载是提升g-C3N4载流子
迁移性能的有效途径之一。然而，传统的助催化剂存在暴露的活性位点少、
比表面积小以及所能形成的界面少等问题，因而无法实现大幅度提升g-C3N4光催化产氢活性的目的。因此，大力开发高效廉价的新型助催化剂是推动g-C3N4光催化剂产氢实际化应用的关键之举。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于：针对
现有技术存在的不足，提供一种较现有的光催化剂光催化性能显著提高PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂及其制备方法。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] 一种PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008] S1.将三聚氰胺置于H2和Ar混合气氛下的管式炉中，于500～600℃下
焙烧3～6h，待管式炉冷却至室温后，收集改性g-C3N4
块体样品；
[0009] S2.将步骤S1制得的改性g-C3N4块体超声分散于水中，然后加入H2PtCl6水溶液，搅拌 4～8h后，离心收集沉淀，干燥，
研磨成粉末；
[0010] S3.分别在管式炉中央和上游
位置放置装有步骤S2所得粉末的陶瓷方舟和装有硫粉的陶瓷方舟，在Ar气氛下加热至450～550℃，然后在H2和Ar混合气氛下加热到500～600℃，并在该
温度下维持0.1～1h，最后在Ar气氛下降温至室温，收集所得样品。
[0011] 本发明方法通过混合气氛调控的高温焙烧技术得到改性g-C3N4，显示出提高的载流子分离效率和增大的光催化产氢活性；
[0012] 本发明通过原位离子
吸附作用可使PtS量子点均匀紧密地生长在g-C3N4纳米片表面上，促使g-C3N4纳米片与PtS量子点之间形成可促进电子-空穴对快速迁移的界面通道，这种结构可实现主产氢活性物质g-C3N4价带、导带上的电子-空穴对的空间快速分离和转移，使光生电子快速的迁移至PtS表面参与光催化分解水反应，从而大幅度提高光催化活性；
[0013] 同时，本发明高温气相还原处理可有效剥离g-C3N4块体为纳米片。
[0014] 进一步地，步骤S1和S3的混合气体中H2含量为5～30vt％。
[0015] 进一步地，步骤S1中升温速率为2～8℃/min。
[0016] 进一步地，步骤S2中Pt含量为改性g-C3N4块体的2～7wt％。
[0017] 进一步地，步骤S2于70℃下干燥20～30h。
[0018] 进一步地，步骤S3中以30～60℃/min升温速率加热至450～550℃。
[0019] 采用上述的制备方法制备得到的PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂。
[0020] 进一步地，上述的PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂，g-C3N4纳米片表面生长有 PtS量子点。
[0021] 上述的PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂在可见光-
近红外光照射下光催化分解水制氢中的应用。
[0022] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0023] 1、本发明提出一种原位离子吸附辅助的高温气相还原生长法，实现了新型PtS量子点 /g-C3N4纳米片复合光催化剂(PtS/CN)的构筑，为制备新型二维
异质结复合光催化剂提供一种新方法；
[0024] 2、本发明通过原位离子吸附辅助的高温气相还原生长技术在g-C3N4表面生长独特的 PtS量子点，在两者间形成紧密
接触的界面。这种界面可极大地促进两者之间光生载流子的快速分离，进而促使
复合材料的光催化性能得到显著提高；经实验证实，本发明所制备光催化剂具有超高光催化分解水产氢活性，是具有相同Pt含量的Pt/g-C3N4复合光催化剂活性的13.3倍；
[0025] 3、本发明中三聚氰胺和硫粉等原料廉价易得，反应条件简单、活性高效，适合进一步规模化生产。
附图说明
[0026] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0027] 图1为实施例1产品的TEM图；
[0028] 图2为实施例1产品的HRTEM图；
[0029] 图3为PtS/CN和CN样品的XRD图；
[0030] 图4为PtS/CN和CN样品的紫外可见漫反射图；
[0031] 图5为PtS/CN和CN样品的PL图；
[0032] 图6为CN、PtS/CN和Pt/CN样品的光催化分解水制氢性能图。
具体实施方式
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0034] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的
选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0036] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0037] 实施例1
[0038] 本发明较佳实施例提供的一种PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0039] S1.将2g三聚氰胺置于20vt％H2和80vt％Ar混合气氛下的管式炉中，于550℃下焙烧 4h，升温速率为5℃/min；待管式炉冷却至室温后，收集改性g-C3N4块体样品；
[0040] S2.将步骤S1制得的改性g-C3N4块体超声分散在40mL水中，然后逐滴加入H2PtCl6水溶液，Pt含量为改性g-C3N4块体的5wt％，室温下搅拌6h后，离心并收集沉淀，70℃下干燥24h，研磨成粉末；
[0041] S3.分别在管式炉中央和上游位置放置装有步骤S2所得粉末的陶瓷方舟和装有过量硫粉的陶瓷方舟，在Ar气氛下加热至500℃，升温速率为50℃/min，然后在10vt％H2和90vt％Ar 混合气氛下加热到560℃，并在该温度下维持0.5h，最后在Ar气氛下降温至室温，收集所得样品。
[0042] 实施例2
[0043] 本发明较佳实施例提供的一种PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0044] S1.将5g三聚氰胺置于30vt％H2和70vt％Ar混合气氛下的管式炉中，于570℃下焙烧 3h，升温速率为6℃/min；待管式炉冷却至室温后，收集改性g-C3N4块体样品；
[0045] S2.将步骤S1制得的改性g-C3N4块体超声分散在50mL水中，然后逐滴加入H2PtCl6水溶液，Pt含量为改性g-C3N4块体的7wt％，室温下搅拌8h后，离心并收集沉淀，70℃下干燥24h，研磨成粉末；
[0046] S3.分别在管式炉中央和上游位置放置装有步骤S2所得粉末的陶瓷方舟和装有过量硫粉的陶瓷方舟，在Ar气氛下加热至520℃，升温速率为60℃/min，然后在30vt％H2和70vt％Ar 混合气氛下加热到570℃，并在该温度下维持0.2h，最后在Ar气氛下降温至室温，收集所得样品。
[0047] 实施例3
[0048] 本发明较佳实施例提供的一种PtS量子点/g-C3N4纳米片复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0049] S1.将3g三聚氰胺置于5vt％H2和95vt％Ar混合气氛下的管式炉中，于520℃下焙烧3h，升温速率为3℃/min；待管式炉冷却至室温后，收集改性g-C3N4块体样品；
[0050] S2.将步骤S1制得的改性g-C3N4块体超声分散在20mL水中，然后逐滴加入H2PtCl6水溶液，Pt含量为改性g-C3N4块体的2wt％，室温下搅拌4h后，离心并收集沉淀，70℃下干燥24h，研磨成粉末；
[0051] S3.分别在管式炉中央和上游位置放置装有步骤S2所得粉末的陶瓷方舟和装有过量硫粉的陶瓷方舟，在Ar气氛下加热至450℃，升温速率为30℃/min，然后在5vt％H2和95vt％Ar 混合气氛下加热到530℃，并在该温度下维持1h，最后在Ar气氛下降温至室温，收集所得样品。
[0052] 实验例1
[0053] 对实施例1所制得的产品(PtS/CN)采用透射电镜进行观察，结果如图1所示；
[0054] 对实施例1所制得的产品采用高
分辨率的透射电镜进行观察，结果如图2所示。
[0055] 实验例2
[0056] 采用实施例1的步骤S1，制得改性g-C3N4块体(CN)；
[0057] 分别对实施例1所制得的产品(PtS/CN和CN)进行
X射线衍射，其衍射图谱如图3 所示，分析可知，CN样品XRD谱图显示出两个显著的特征峰：其中一个较弱的衍射峰出现在2θ＝13.1°处，该峰对应g-C3N4的(100)晶面，源自g-C3N4平面内重复的三均三嗪环的衍射；2θ＝27.8°处出现一个尖锐的较强衍射峰，该峰对应g-C3N4的(002)晶面，源自g-C3N4层间堆积的类芳香环结构的衍射(JCPDS#87-1526)。从PtS/CN样品XRD谱图可观察到，除了2θ＝27.8°处的g-C3N4(002)晶面峰以外，所有其他XRD衍射峰均属于四方晶型结构的 PtS(JCPDS#18-0972)，表明PtS/CN二元异质结复合物的成功构筑。
[0058] 分别测量实施例1所制得的产品(PtS/CN和CN)的紫外可见漫反射
光谱，结果如图4 所示，分析可知，CN样品可吸收最大
波长为461nm的可见光，对应于2.69eV的禁带宽度，表明其较差的可见光吸收能力。与CN样品的最大吸收波长相比，PtS/CN样品的最大吸收波长出现明显的红移，并且显示出大幅度提高的可见光吸收能力，表明PtS/CN二元异质结
复合体系的构建有效提高了g-C3N4的可见光吸收能力。
[0059] 分别测量实施例1所制得的产品(PtS/CN和CN)的
光致发光光谱，结果如图5所示，分析可知，CN样品的PL光谱中出现一个高强度的
信号峰，表明g-C3N4块体内部的光生载流子极易复合。与CN样品相比，PtS/CN样品的PL信号峰强度明显减弱，表明二元异质结结构可有效促进光生载流子分离和迁移。
[0060] 实验例3
[0061] 采用实施例1的步骤S1，制得改性g-C3N4块体(CN)；采用实施例1的步骤S1、S2 和S3制得与实施例1产品(PtS/CN)具有相同Pt含量的Pt/g-C3N4复合光催化剂(Pt/CN)；
[0062] 分别测试CN、PtS/CN和Pt/CN样品在可见光-近红外光照射下光催化分解水制氢的性能，结果如图6所示，由图可知，本发明所制备PtS/CN光催化剂具有超高光催化分解水产氢活性，远高于CN样品，是具有相同Pt含量的复合光催化剂(Pt/CN)活性的13.3倍。
[0063] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
