技术摘要：
本发明公开了一种2D/2D g‑C3N4/CoAl‑LDH异质结材料的制备与光催化分解水产氢的应用，属于材料制备及可再生清洁能源利用技术领域。所述异质结材料的制备以g‑C3N4纳米片为模板，通过原位一步水热法将CoAl‑LDH负载在C3N4纳米片表面形成二维/二维平面异质结复合材料。  全部
背景技术：
氢能作为一种无污染的清洁能源在近些年受到研究者们的广泛关注。氢气燃烧产 生的能量高达122KJ·g-1，是碳氢燃料的2.75倍和甲醇乙醇的5倍。因此，氢气被认为是未来 最理想的燃料和能源载体。然而，目前氢能的来源还主要是通过化石燃料的蒸馏重整和天 然气、煤气的热解和电解。这些方法都需要消耗大量的化石燃料，从长远角度看来不利于人 类的可持续发展。而光催化分解水产氢技术，可直接以太阳光为驱动力，在光催化剂存在的 条件下，直接将水分解产生氢气而被认为是一种最理想的获取H2途径。但是，受光催化材料 的限值，目前光催化产氢效率依然不高，因此寻找制备简单和高效的催化剂是光催化产氢 领域的重点。 在目前已开发的众多光催化材料中，氮化碳由于其独特的电子能带结构和优异的 化学稳定性，被广泛应用于光催化分解水产氢。然而，体相g-C3N4光催化剂的一般制备方法 是通过高温热聚合，这导致其存在比表面积小、激子结合能高、光生载流子复合严重以及光 吸收能力不足等问题，严重制约了g-C3N4光催化产氢性能。将两种或多种半导体材料以不同 形貌或电子排布结构在其界面形成纳米尺度的异质结已成为复合半导体光催化剂研究领 域的热点。复合异质结材料在热力学上具有合适的能带结构来驱动H2O分子转化或诱导其 产生激发态；动力学上其光生载流子能迅速迁移分离，并有效地与表面吸附物发生氧化还 原反应。因此，对C3N4进行表面修饰和改进对于实现更高效的产氢性能意义重大。 C3N4基复合光催化剂的一般制备方法是直接以石墨相氮化碳为原料，通过原位生 长的方法在其表面修饰第二组分。如专利CN108636436A公开了用水热法直接将将g-C3N4分 散在去离子水中，依次加入Na2MoO4·2H2O、CH3CSNH2后通过一步水热法制备得到g-C3N4/MoS2 复合光催化剂。专利CN110624583A公开了直接将硝酸银、醋酸锌、醋酸铟、硫代乙酰胺和石 墨相氮化碳按照比例在水热条件下反应，获得Ag:ZnIn2S4/g-C3N4光催化剂。但是，上述合成 g-C3N4基复合光催化剂的方法，由于体相g-C3N4颗粒尺寸大、比表面积小而导致所得到的复 合结构中g-C3N4基和第二组分的接触面积小，不利于界面间的光生载流子的迁移和分离。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH异质结材 料的制备与光催化分解水产氢应用，解决了传统C3N4基复合光催化剂之间的接触界面积小， 反应活性低的问题。 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 以三聚氰胺为前驱体，通过热聚合法得到g-C3N4前驱体；然后将制备得到的g-C3N4分散 3 CN 111545235 A 说　明　书 2/4 页 在去离子水中，超声剥离得到g-C3N4纳米片；向上述g-C3N4纳米片水溶液中按比例加入Co (NO3)2、Al(NO3)2和尿素，通过水热法制备得到2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH复合光催化剂。其具 体包括以下步骤： （1）取10  g的三聚氰胺于坩埚中，置于马弗炉中550  oC下煅烧4  h（升温速率2.3  oC/ min）待自然冷却至室温后，取出样品研磨得到黄色氮化碳前驱体，标记为g-C3N4备用； （2）取0.5  g的g-C3N4于50  mL去离子水中超声2  h，得到的悬浊液在3000转/分钟的转 速下离心，去除底部的g-C3N4沉淀物，得到g-C3N4纳米片悬浊液； （3）取一定量的Co(NO3)2和Al(NO3)2按3:1摩尔比和0.5  g尿素加入到（2）中的g-C3N4纳 米片悬浊液，搅拌0.5  h后于120  oC下水热反应12  h，冷却至室温后离心分离，沉淀物分别用 蒸馏水和乙醇洗涤，60  oC真空干燥得到2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH异质结催化剂。 光催化分解水产氢反应条件为：向水和三乙醇胺溶液中加入制备得到的复合光催 化剂，在可见光（420-800  nm）照射下，可以进行光催化分解水产氢反应。 本发明的显著优点在于： （1）本发明创造了一种2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH的新型制备方法。 （2）通过本发明制备得到的样品相较于传统的复合材料，其组成更均匀，且制备条 件温和、合成产率较高，这些操作均能显著降低生产成本，且获得的材料纯度高，稳定性好， 具有较大的应用潜力。 （3）本发明制备得到2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH材料，面/面型的接触界面为为光生载 流子的迁移和分离提供了更多的迁移高速通道，光电性能较好，在光催化反应体系中的稳 定性和可再生能力强，重复利用率高，具有很高的实用价值和应用前景。 附图说明 图1为实施例1-6所得2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH材料的X射线粉末衍射图（XRD）。 图2为实施例4所得2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH的扫描电镜图。 图3为实施例1-5所得2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH材料的光电流图。 图4为实施例1-5所得2D/2D  g-C3N4/CoAl-LDH材料的光催化产氢活性图。