一种CN/LiNbO3/PVDF压电光催化复合膜及其制备方法与应用

摘要

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种压电光催化复合膜及其制备方法与应用。本发明提供了一种CN/LiNbO3异质结，并基于CN/LiNbO3异质结通过冷冻相转化方法制备了一种具有三维大孔形貌的CN/LiNbO3/PVDF压电光催化复合膜。其孔隙率高，提供更多的反应接触面积，有利于光催化复合膜与水分子的界面接触，暴露更多的CN/LiNbO3异质结活性位点。本发明提供的CN/LiNbO3/PVDF压电光催化复合膜能够解决现有的粉末型压电光催化剂易团聚难回收的问题，实现了光催化膜技术实际应用于光催化分解水产氢。

说明书

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种CN/LiNbO

背景技术

氢能 (Hydrogen Energy) 具有零污染、高效率、来源丰富、用途广泛等优点，是一种极具发展潜力的清洁无碳能源。目前氢能已经被纳入我国能源发展战略，发展氢能产业是人类摆脱对化石能源的依赖、保障能源安全的永久性战略选择。近年来，国内外科学家将基于太阳光为驱动力的半导体光解水制氢技术视作可持续发展氢能源的理想途径之一。适用于这一途径的半导体基光催化剂的开发受到众多研究者的青睐，但半导体光催化剂的效率问题一直是制约光催化分解水制氢技术向前发展的关键因素。

类石墨相二维层状氮化碳纳米片(2D g-C

压电材料是一类具备极化场的材料，这一特点使其在载流子分离方面具有较大的优势，二维半导体由于其易变形，并能承受巨大的应变，在压电催化领域具有重要的应用价值因此，将2D CN光催化材料与2D铌酸锂(LiNbO

流动的水是一种自然界中产生电能的稳定、连续和可获得的能源之一。有机压电材料具有出色的灵活性、耐腐蚀、成本低、环境友好，可以将温和的能量转换为压电潜力。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种白色粉末状半结晶型聚合物，存在多种晶体结构。其中beta (β) 晶相为全反式 TTTT 结构，具有较高的自发极化强度，具有良好的压电性、热释电性和铁电性。由于它柔软质轻、韧性高、耐冲击，有利于其在自然条件下发生变形，产生压电势。但目前压电光催化复合膜制备技术存在一个共性问题，即所制备的膜表面致密，导致光催化剂活性位点容易被膜包埋，同样长期制约着压电光催化复合膜的发展和推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种CN/LiNbO

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种CN/LiNbO

(1)取尿素置于封闭的坩埚中后转移至程序升温马弗炉中煅烧，冷却至室温后，研磨至粉末状，得到CN；

(2) 将LiNbO

进一步的，步骤 (1) 中所述煅烧的升温速率为2~2.3℃/min，温度为500~600 ℃，煅烧时间为4~5h。

步骤 (2) 中所述LiNbO

步骤 (2) 中所述超声分散的时间为1~2h，超声反应的时间为2~3h。

步骤 (2) 中所述煅烧的升温速率为3~3.5℃/min，煅烧温度为300-400 ℃，煅烧时间为2~3h。

在某一具体实施方案中，本发明还提供了一种基于CN/LiNbO

将 CN/LiNbO

进一步地，所述CN/LiNbO

所述搅拌反应的时间为12~16 h，搅拌反应的温度为45~50℃。

本发明还提供了上述CN/LiNbO

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种CN/LiNbO

附图说明

图1是CN、LiNbO

图2是CN、LiNbO

图3是各个复合膜的XRD以及FT-IR对比图；

图4是PVDF、CN/PVDF和CN/LiNbO

图5是压电测试实验示意图；

图6是压电测试实验结果示意图；

图7是电流信号强度对比图；

图8是不同材料的光催化分解水产氢性能测试对比图。

具体实施方式

通过下面的实施例可以对本发明进行进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本发明对试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照厂商所建议的条件实施检测。下列实施例中所用的试剂均可以通过商业途径购买。

实施例1：2D/2D CN/LiNbO

(1) 类石墨氮化碳（CN）的制备

采用高温热缩聚制备CN的方法：称取5 g尿素于封闭的坩埚中，然后将坩埚转移至程序升温马弗炉中，以2.3℃/min的升温速度加热至600℃后保温4 h；待自然冷却至室温后，取出，用研钵研磨至粉末状后备用；

(2) 2D/2D 结构的CN/LiNbO

将100 mg步骤（1）中所制备的CN和60 mg LiNbO

实施例2：CN/LiNbO

本实施例中采用冷冻相转化法制备CN/LiNbO

实施例3：CN/LiNbO

使用电化学分析仪对制备的CN/LiNbO

实施例4：CN/LiNbO

对制备的CN/LiNbO

图6是不同材料的光催化分解水产氢性能测试对比图；由图6中可以看出，所制备的CN/LiNbO

实施例5：CN/LiNbO

(1) 类石墨氮化碳(CN)的制备

采用高温热缩聚制备CN的方法：称取10 g的尿素于封闭的坩埚中，然后将坩埚转移至程序升温马弗炉中，以2℃/min的升温速度加热至500℃后保温5 h；待自然冷却至室温后，取出，用研钵研磨至粉末状后备用；

(2) 2D/2D结构的CN/LiNbO

将120 mg步骤（1）中所制备的CN和80 mg LiNbO

称取 100 mg所制备的CN/LiNbO

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。