本發(fā)明屬于氫能制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及氫能的光催化潔凈制備技術(shù)，即模擬太陽光可見光照射條件下以水為原料的光催化制氫技術(shù)，特別涉及一種制備多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的簡易快速高溫后處理方法及其光催化制氫應(yīng)用。

背景技術(shù)：

由于石油、煤炭和天然氣等不可再生的傳統(tǒng)化石能源的消耗，以及嚴(yán)重的環(huán)境問題，能源危機(jī)的影響逐漸顯露出來。因此，發(fā)展?jié)崈艨稍偕奶娲茉词悄壳叭祟愋枰度胙芯康姆较?。目前具有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉窗ㄌ柲?、地?zé)崮堋L(fēng)能、海洋能以及生物質(zhì)能等。其中，理論上太陽能是一種取之不盡的清潔能源，有很好的研究價(jià)值。但是太陽能的不穩(wěn)定、分散、不連續(xù)和不均勻等劣勢(shì)限制其發(fā)展，因此高效的將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或電能是目前太陽能研究的重中之重。我國堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的路線，開發(fā)利用可再生能源符合我國現(xiàn)下國情，如果能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能的高效利用，對(duì)我國未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)特色社會(huì)主義可起到極大的作用。

氫氣由于其具有燃燒直接生成水，能量密度高，而且地球上豐富的水資源可以循環(huán)利用，以及可儲(chǔ)存、可運(yùn)輸、無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此是一種理想的二次能源。當(dāng)今氫能的利用圍繞著以燃料電池為代表的各種利用技術(shù)迅猛發(fā)展，可以預(yù)見氫能的未來需求量必將猛增，氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代到來的可能性非常高。但是目前依然有制約氫能發(fā)展的難題需要克服，比如氫能大規(guī)模利用的前提是要解決氫能的規(guī)模生產(chǎn)、儲(chǔ)存及輸送等一系列關(guān)鍵問題。由能量守恒定理可知?dú)淠苤苽溥^程必然需要消耗能量，目前已有的研究指出，水、生物質(zhì)、天然氣和煤等物質(zhì)都可作為制氫原料?；诳沙掷m(xù)發(fā)展和可再生能源等因素，選取水和生物質(zhì)等原料，利用太陽能制氫是其中一種很有可行性的制氫手段。利用太陽能光催化分解水制氫，為太陽能轉(zhuǎn)化氫能提供了一種可能實(shí)現(xiàn)的方向，是目前很有潛力實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用并獲得廉價(jià)氫氣的高新技術(shù)。

光催化分解水制氫的原理如下所述。在合適能量的光的照射下，光催化劑吸收光能，受到激發(fā)產(chǎn)生光生電子和空穴對(duì)。之后，產(chǎn)生的電子和空穴對(duì)遷移到光催化劑表面，與水進(jìn)行氧化還原反應(yīng)得到氫氣。為了實(shí)現(xiàn)太陽能光催化分解水制氫的目標(biāo)，其關(guān)鍵是發(fā)展高效、低成本和穩(wěn)定的可見光催化劑。盡管目前已有的研究報(bào)道了各種各樣的可見光響應(yīng)的光催化劑，但是研究的成果依然與高效、低成本等要求相距甚遠(yuǎn)。

石墨相氮化碳(g-c3n4)作為一種無金屬的有機(jī)半導(dǎo)體，因其良好的熱穩(wěn)定、光學(xué)、電學(xué)以及催化等性能廣受科研工作者關(guān)注。石墨相氮化碳由于其合適的能帶結(jié)構(gòu)能夠在可見光下進(jìn)行光催化分解水制氫制氧(wangetal.naturematerials.2009,8,76；acscatalysis.2015,5:941-947)。但是由于其較小的比表面積和較少的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致其光催化性能低下，嚴(yán)重限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該方法通過簡易快速的高溫后處理方式將石墨相氮化碳的形貌變?yōu)槎嗫妆訝?，從而?shí)現(xiàn)石墨相氮化碳高效地進(jìn)行可見光催化制氫的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將三聚氰胺粉末加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，然后將坩堝轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，再隨爐冷卻至室溫，得到石墨相氮化碳粉末；

步驟二：將步驟一得到的石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐中，在空氣氣氛下進(jìn)行高溫處理，然后利用循環(huán)冷卻水將快速升溫管式爐降至室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳；

步驟三：將步驟二制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑，其中負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的1～5％。

所述步驟一中的熱處理具體為：以3～10℃/min的升溫速度從室溫升溫至520～550℃，并在該溫度下煅燒2～4h。

所述步驟二中的高溫處理具體為：以5～20℃/s的升溫速度從室溫升溫至700～900℃，并保溫0～15min。

所述步驟二中的循環(huán)冷卻水的溫度為15～25℃。

所述步驟三中負(fù)載鉑的具體步驟如下：

1)在反應(yīng)器中加入多孔薄層石墨相氮化碳、犧牲劑和六水合氯鉑酸水溶液；其中加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的1～5％；

2)向反應(yīng)器中通入氮?dú)獯祾?，以除去反?yīng)器中的氧氣，然后打開氙燈和磁力攪拌器，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及攪拌條件下進(jìn)行1～3h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

所述犧牲劑是體積分?jǐn)?shù)為5～20％的三乙醇胺水溶液，且每加入10～200mg多孔薄層石墨相氮化碳時(shí)需要加入50～300ml犧牲劑。

所述六水合氯鉑酸水溶液中鉑的濃度為0.0005～0.001g/ml。

所述的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的制備方法制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑，所述多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑由多孔薄層石墨相氮化碳及負(fù)載在其上的鉑組成，其中負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的1～5％；多孔薄層石墨相氮化碳的微觀形貌為含有大孔和介孔的多孔薄層片層狀；所述多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑在可見光下光催化分解水制氫時(shí)的產(chǎn)氫活性為45～1380μmol·h^-1·g^-1。

所述的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑在可見光下光催化分解水制氫方面的應(yīng)用。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的制備方法，首先選擇三聚氰胺作為原料，采用熱解法制備石墨相氮化碳；然后將石墨相氮化碳放入快速升溫管式爐中，在空氣氣氛下快速升至高溫并做短時(shí)間保溫處理，得到多孔薄層石墨相氮化碳，最后將經(jīng)簡易快速高溫后處理得到的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載貴金屬鉑，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。石墨相氮化碳是由團(tuán)聚的片層構(gòu)成，而片層之間僅僅存在較弱的范德華力，所以對(duì)其進(jìn)行有效處理，分離開團(tuán)聚的石墨相氮化碳片層，可以有效地提高其比表面積，繼而促進(jìn)其光催化性能。本發(fā)明通過簡易快速的高溫后處理方式將石墨相氮化碳的形貌變?yōu)槎嗫妆訝睿瑥亩鴮?shí)現(xiàn)石墨相氮化碳高效地進(jìn)行可見光催化制氫的目的。本發(fā)明制備的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑與未經(jīng)快速高溫后處理的石墨相氮化碳相比具有高效的可見光催化制氫性能，并且具有良好的穩(wěn)定性。本發(fā)明操作簡單，重復(fù)性好，有效地改善了石墨相氮化碳的光催化性能，進(jìn)而擴(kuò)展了改性石墨相氮化碳的高效手段。

本發(fā)明制備的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑，經(jīng)簡易快速的高溫后處理，一方面形成了多孔薄層的微觀結(jié)構(gòu)，因而具有較高的比表面積，為光催化反應(yīng)提供了更多的反應(yīng)位點(diǎn)，另一方面產(chǎn)生了氮空位，因而改變了石墨相氮化碳的電子結(jié)構(gòu)特性，促進(jìn)了其對(duì)可見光的吸收，并抑制了光生載流子的復(fù)合，最后強(qiáng)化了光催化反應(yīng)，本發(fā)明制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑在可見光下光催化分解水制氫時(shí)的產(chǎn)氫活性為45～1380μmol·h^-1·g^-1，其光催化制氫活性可達(dá)石墨相氮化碳的25.5倍，在可見光下光催化分解水制氫方面具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn-800)的x-射線衍射圖；

圖2是掃描電鏡照片，其中(a)是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳的掃描電鏡照片，(b)是實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳的掃描電鏡照片；

圖3是透射電鏡照片，其中(a)是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳的透射電鏡照片，(b)是實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳的透射電鏡照片；

圖4是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn-800)的氮?dú)馕?脫附曲線；

圖5是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn-800)的熒光光譜；

圖6是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳載鉑光催化劑(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑(圖中標(biāo)記為cn-800)的可見光催化制氫曲線；

圖7是實(shí)施例5制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的可見光催化制氫穩(wěn)定性測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和本發(fā)明較優(yōu)的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

對(duì)比例：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以5℃/min的升溫速度從室溫升溫至520℃，并在520℃下煅燒4h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳，簡寫為cn；

步驟2：將制備的石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為石墨相氮化碳質(zhì)量的1％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為270ml的反應(yīng)器中加入0.05g石墨相氮化碳作為光催化劑，200ml體積分?jǐn)?shù)為10％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.0007g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的石墨相氮化碳質(zhì)量的1％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?5min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及800rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行1h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

實(shí)施例1：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以3℃/min的升溫速度從室溫升溫至550℃，并在550℃下煅燒3h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳；

步驟2：取步驟一得到的1g石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司，型號(hào)：otf-1200x)中，在空氣氣氛下進(jìn)行快速高溫處理，升溫速率5℃/s，高溫處理溫度為700℃，保溫時(shí)間為10min；之后，利用20℃的循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，待溫度降到室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳；

步驟3：將制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的2％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。

具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為270ml的反應(yīng)器中加入0.01g多孔薄層石墨相氮化碳作為光催化劑，50ml體積分?jǐn)?shù)為15％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.0005g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的2％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?0min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及300rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行3h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

實(shí)施例2：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以7℃/min的升溫速度從室溫升溫至530℃，并在530℃下煅燒3.5h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳；

步驟2：取步驟一得到的1g石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司，型號(hào)：otf-1200x)中，在空氣氣氛下進(jìn)行快速高溫處理，升溫速率15℃/s，高溫處理溫度為900℃，保溫時(shí)間為5min；之后，利用25℃的循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，待溫度降到室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳；

步驟3：將制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的4％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。

具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為400ml的反應(yīng)器中加入0.2g多孔薄層石墨相氮化碳作為光催化劑，300ml體積分?jǐn)?shù)為5％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.0006g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的4％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?0min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及1200rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行1.5h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

實(shí)施例3：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以5℃/min的升溫速度從室溫升溫至520℃，并在520℃下煅燒4h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳；

步驟2：取步驟一得到的1g石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司，型號(hào)：otf-1200x)中，在空氣氣氛下進(jìn)行快速高溫處理，升溫速率10℃/s，高溫處理溫度為800℃，保溫時(shí)間為15min；之后，利用15℃的循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，待溫度降到室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳，簡寫為cn-800；

步驟3：將制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的1％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。

具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為270ml的反應(yīng)器中加入0.05g多孔薄層石墨相氮化碳作為光催化劑，200ml體積分?jǐn)?shù)為10％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.0007g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的1％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?5min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及800rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行1h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

實(shí)施例4：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以6℃/min的升溫速度從室溫升溫至540℃，并在540℃下煅燒2h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳；

步驟2：取步驟一得到的1g石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司，型號(hào)：otf-1200x)中，在空氣氣氛下進(jìn)行快速高溫處理，升溫速率20℃/s，高溫處理溫度為750℃，保溫時(shí)間為2min；之后，利用18℃的循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，待溫度降到室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳；

步驟3：將制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的5％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。

具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為400ml的反應(yīng)器中加入0.1g多孔薄層石墨相氮化碳作為光催化劑，250ml體積分?jǐn)?shù)為20％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.0008g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的5％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?5min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及500rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行2.5h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

實(shí)施例5：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以5℃/min的升溫速度從室溫升溫至520℃，并在520℃下煅燒4h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳；

步驟2：取步驟一得到的1g石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司，型號(hào)：otf-1200x)中，在空氣氣氛下進(jìn)行快速高溫處理，升溫速率10℃/s，高溫處理溫度為800℃，保溫時(shí)間為15min；之后，利用15℃的循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，待溫度降到室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳；

步驟3：將制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的3％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。

具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為270ml的反應(yīng)器中加入0.05g多孔薄層石墨相氮化碳作為光催化劑，200ml體積分?jǐn)?shù)為10％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.0007g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的3％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?5min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及800rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行1h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

實(shí)施例6：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以10℃/min的升溫速度從室溫升溫至525℃，并在525℃下煅燒2.5h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳；

步驟2：取步驟一得到的1g石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司，型號(hào)：otf-1200x)中，在空氣氣氛下進(jìn)行快速高溫處理，升溫速率12℃/s，高溫處理溫度為850℃，保溫時(shí)間為0min；之后，利用22℃的循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，待溫度降到室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳；

步驟3：將制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的3.5％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。

具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為270ml的反應(yīng)器中加入0.03g多孔薄層石墨相氮化碳作為光催化劑，100ml體積分?jǐn)?shù)為8％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.001g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的3.5％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?0min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及1000rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行2h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

實(shí)施例7：

步驟1：在室溫條件下，將4g的三聚氰胺加入坩堝內(nèi)，并蓋上坩堝蓋子，轉(zhuǎn)移至高溫爐中進(jìn)行熱處理，以8℃/min的升溫速度從室溫升溫至535℃，并在535℃下煅燒3.8h，得到黃色粉末，也就是石墨相氮化碳；

步驟2：取步驟一得到的1g石墨相氮化碳粉末置于快速升溫管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司，型號(hào)：otf-1200x)中，在空氣氣氛下進(jìn)行快速高溫處理，升溫速率8℃/s，高溫處理溫度為820℃，保溫時(shí)間為12min；之后，利用15℃的循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，待溫度降到室溫，即得到多孔薄層石墨相氮化碳；

步驟3：將制備的多孔薄層石墨相氮化碳以光還原法負(fù)載鉑(負(fù)載的鉑的質(zhì)量為多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的2.5％)，即得到多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑。

具體負(fù)載鉑的步驟如下：

1)在容積為270ml的反應(yīng)器中加入0.08g多孔薄層石墨相氮化碳作為光催化劑，150ml體積分?jǐn)?shù)為12％的三乙醇胺水溶液作為犧牲劑；并加入鉑含量為0.0009g/ml的六水合氯鉑酸水溶液，且加入的六水合氯鉑酸水溶液中所含的鉑的質(zhì)量為加入的多孔薄層石墨相氮化碳質(zhì)量的2.5％；

2)向反應(yīng)器中通氮?dú)獯祾?8min，以除去體系中的氧氣；

3)打開磁力攪拌器，打開300w的氙燈(波長大于420nm)，使反應(yīng)體系在氙燈的照射及700rpm/min的攪拌條件下進(jìn)行1.2h的光還原反應(yīng)，即將鉑負(fù)載在多孔薄層石墨相氮化碳上。

經(jīng)過測(cè)試，本發(fā)明制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑在可見光下光催化分解水制氫時(shí)的產(chǎn)氫活性為45～1380μmol·h^-1·g^-1。

圖1展示了對(duì)比例制得的石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn-800)的x-射線衍射對(duì)比圖。由圖1可知，本發(fā)明經(jīng)簡易快速高溫后處理得到的多孔薄層石墨相氮化碳仍然是石墨相氮化碳，不同的是(002)的衍射峰輕微地移向高角，表明簡易快速高溫后處理方法對(duì)石墨相氮化碳的晶體結(jié)構(gòu)(尤其是屬于層間距)有一定的影響。

圖2為掃描電鏡照片，其中(a)是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳的掃描電鏡照片，(b)是實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳的掃描電鏡照片。從圖2中可以觀察到，石墨相氮化碳具有團(tuán)聚的層狀結(jié)構(gòu)(wangetal.naturematerials.2009,8,76)，而經(jīng)本發(fā)明的簡易快速高溫后處理得到的多孔薄層石墨相氮化碳微觀形貌發(fā)生了很大的變化，可以明顯觀察到其是由多孔薄層的片層構(gòu)成，表明本發(fā)明的簡易快速高溫后處理方法對(duì)石墨相氮化碳的微觀形貌有很大的修飾作用。

圖3是石墨相氮化碳和多孔薄層石墨相氮化碳的透射電鏡照片，其中(a)是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳的透射電鏡照片，(b)是實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳的透射電鏡照片。從圖3中可知，經(jīng)過本發(fā)明的簡易快速高溫后處理，石墨相氮化碳明顯變得更薄，并且多孔，與掃描電鏡照片相符。

圖4是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn-800)的氮?dú)馕?脫附曲線。從圖4中可以看出，經(jīng)過本發(fā)明簡易快速高溫后處理得到的多孔薄層石墨相氮化碳生成了豐富的大孔和介孔，進(jìn)而獲得了更大的比表面積。

圖5是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳(圖中標(biāo)記為cn-800)的熒光光譜。從圖5中可以看出，本發(fā)明制得的多孔薄層石墨相氮化碳的熒光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石墨相氮化碳的熒光強(qiáng)度，表明其光生載流子的復(fù)合被有效地抑制。

圖6是對(duì)比例制得的石墨相氮化碳載鉑光催化劑(圖中標(biāo)記為cn)和實(shí)施例3制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑(圖中標(biāo)記為cn-800)的可見光催化制氫曲線。制氫條件：光催化劑0.05g，光還原載鉑(光催化劑質(zhì)量的1％)，反應(yīng)液200ml，光源300wxe燈(λ≥420nm)，犧牲劑：質(zhì)量濃度10％的三乙醇胺水溶液(200ml)。從圖6中可以看出，多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的光催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石墨相氮化碳載鉑光催化劑的光催化活性，該多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的產(chǎn)氫活性為892.8μmol·h^-1·g^-1，石墨相氮化碳載鉑光催化劑的產(chǎn)氫活性為35μmol·h^-1·g^-1，前者達(dá)后者的25.5倍，表明本發(fā)明的簡易快速高溫后處理方法是改善石墨相氮化碳載鉑光催化劑的光催化性能的有效手段。

圖7是實(shí)施例5制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的光催化穩(wěn)定性測(cè)試曲線。制氫條件：光催化劑0.05g，光還原載鉑(光催化劑質(zhì)量的3％)，反應(yīng)液200ml，光源300wxe燈(λ≥420nm)，犧牲劑：質(zhì)量濃度10％的三乙醇胺水溶液(200ml)，每測(cè)試6到8小時(shí)，停止測(cè)試，用氮?dú)獯祾?5min，去除反應(yīng)體系里的生成的氫氣，然后繼續(xù)可見光催化制氫測(cè)試，測(cè)試三個(gè)周期。由圖7可以看出該多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑的產(chǎn)氫活性最高可達(dá)到1380μmol·h^-1·g^-1，并且三個(gè)周期的數(shù)據(jù)變化不大，說明本發(fā)明制得的多孔薄層石墨相氮化碳載鉑光催化劑具有良好的光催化穩(wěn)定性。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。