一种g-C3N4量子点修饰的TiO2/ZnO异质结光电催化剂的制备方法

技术领域

本发明属于光电催化技术领域，特别涉及一种g-C

背景技术

利用可持续能源高效地生产清洁燃料已经成为人类当前面临的问题之一。由于氢能是未来最具潜力的清洁能源之一，光电化学(PEC)水解是一种转化和储存太阳能的过程(利用太阳能裂解水产生氢气)，为可再生氢燃料的生产和环境修复提供了一种很有前景的策略。随着国家环保及能源要求的日益提高，开发具备较高光电性能和稳定性的光电阳极具有重要的理论意义和工程应用价值。

金属氧化物，如TiO

提高光电催化剂的光电性能和稳定性是推动光电催化裂解水析氢的关键。现有研究中主要思路大多基于元素掺杂、染料敏化、贵金属修饰、与其他半导体形成异质结(例如TiO

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种g-C

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种g-C

S1、采用一次水热法在FTO基底上负载TiO

S2、采用滴涂旋涂法在TiO

S3、采用二次水热法制备TiO

S4、以三聚氰胺为前驱体，采用气相沉积法将g-C

优选地，步骤S1中，所述采用一次水热法在FTO基底上负载TiO

A11、向混酸和去离子水构成的混酸溶液中加入钛酸四丁酯，得到钛酸四丁酯混合液，并将其转移至反应釜中；

A12、将FTO浸入钛酸四丁酯混合液中进行一次水热反应，反应结束后，退火处理，最后在FTO基底上负载有TiO

优选地，所述一次水热反应温度为140～160℃，反应时间为1～6h；所述退火处理的温度为420～500℃，时间为20～40min；所述混酸与去离子水的体积比为1：2～1，所述钛酸四丁酯与去离子水的体积比为1：20～40，所述混酸由盐酸和乙酸按照体积比4～5：1混合而成；所述钛酸四丁酯混合液作为一次水热反应液在反应釜中的填充度为50％。

优选地，步骤S2中，所述采用滴涂旋涂法在TiO

优选地，步骤S3中，所述采用二次水热法制备TiO

优选地，所述二次水热反应的温度为85～95℃，反应时间为1～3h；所述退火温度为320～380℃，退火时间为25～40min；所述硝酸锌溶液和环六亚甲基四胺溶液的浓度相同，均为0.025～0.2mol/L；所述硝酸锌溶液和环六亚甲基四胺溶液以摩尔比为1：1组成二次水热反应液，所述二次水热反应液在反应釜中的填充度为70％。

优选地，步骤S4中，所述以三聚氰胺为前驱体，采用气相沉积法将g-C

优选地，所述退火处理的工艺条件为：升温速率为2～5℃/min，退火温度为540～560℃，退火时间为1～3h；所述TiO

优选地，步骤S1中，所述FTO实验前需要进行预处理，具体步骤为：将FTO依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗15～25min，超声功率200～300W，干燥。

本发明的第二方面在于提供上述制备方法制备得到的一种g-C

本发明的第三方面在于提供上述g-C

本发明具备如下有益效果：

(1)本发明提供了一种g-C

(2)本发明制备方法工艺简单，原料容易获得，成本低廉，具有无毒、稳定、高效的优点，适合规模化推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为TiO

图2为TiO

图3为实施例1制备的g-C

图4为实施例1～6制备的g-C

图5a为TiO

图5b为TiO

图5c为实施例1制备的g-C

图5d为光活性面积与直线斜率呈正比关系图；

图6为以甲醇为空穴牺牲剂得到的TiO

图7为TiO

图8为实施例1制备的g-C

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。

实施例1

一种g-C

S1、将60ml去离子水与60ml混酸(由盐酸：乙酸以体积比5：1混合得到)混合均匀后，向其中加入2ml钛酸四丁酯并搅拌20min，此时反应釜内胆填充度为50％，将FTO(规格：1cm×3.5cm×2.2mm)的导电面朝下倾斜靠于反应釜的内胆，将整个反应釜置于烘箱中于150℃进行一次水热反应6h，水热反应结束后，将基底上负载有TiO

S2、将表面负载有二氧化钛(TiO

S3、将0.05mo l/L硝酸锌和0.05mo l/L的环六亚甲基四胺(摩尔比1：1)组成的混合酸溶液作为二次水热反应热加入反应釜中，使得反应釜的填充度为70％，然后将步骤(2)的FTO导电面朝下倾斜靠于反应釜内胆，置于烘箱中于90℃下进行二次水热反应1h，之后将FTO冲洗吹干后放入马弗炉中，于350℃退火30min，获得TiO

S4、将0.5g三聚氰胺作为前驱体放置于坩埚底部，同时将获得的TiO

实施例2

与实施例1基本相同，不同之处在于：将三聚氰胺的用量由0.5g改为“0.25g”，得到g-C

实施例3

与实施例1基本相同，不同之处在于：将三聚氰胺的用量由0.5g改为“1.0g”，得到g-C

实施例4

与实施例1基本相同，不同之处在于：将三聚氰胺的用量由0.5g改为“2.0g”，得到g-C

实施例5

与实施例1基本相同，不同之处在于：将步骤S3中的退火时间由2h改为1h，得到g-C

实施例6

与实施例1基本相同，不同之处在于：将步骤S3中的退火时间由2h改为3h，得到g-C

1.材料表征

图1为实施例1制备的TiO

图2为实施例1制备的TiO

图3为实施例1制备的g-C

2.光电性能测试

在三电极系统中，利用电化学站(CHI 660E，上海晨华)进行光电化学性能测试。具体方法为：分别以实施例1制备的(纯)TiO

由图4结果可知，(纯)TiO

参照图5a、图5b和图5c，分别为(纯)TiO

由图6可知，相较于TiO

由图7结果可知，在1.23V vs RHE偏压下，TiO

由图8结果可知，实施例1制备的TZCN-2-0.5作为光电极在1.23V vs RHE条件下光照360min，光电流密度没有明显的衰减，这表明本发明制备的g-C

综上，本发明基于TiO

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。