共掺杂氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及光催化材料制备技术与应用领域，具体涉及一种共掺杂氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、能源短缺和环境恶化是一直困扰人们的严峻问题，太阳能作为一种清洁能源，因其资源储量丰富且廉价而备受关注，但能源分布广，不易储存。因此人们将它直接转化为电能或用来生产其他绿色能源，如氢气。氢气作为一种清洁、可循环利用的能源引起科学家的广泛关注。因此，利用光催化从水中制氢被认为是解决全球能源问题的最有前途的策略之一，而这项技术的关键在于高效光催化剂的设计。

2、2009年以来，无金属石墨相氮化碳(g-c3n4)首次被应用于光催化领域，作为一种环境友好、高活性、化学稳定性、无毒、低成本的半导体光催化剂被广泛研究。g-c3n4光催化剂能够响应可见光，但其带隙宽度大，对可见光吸收有限，光生电子和空穴复合率高，这制约着g-c3n4光催化剂的发展。在过去的十年中，为了提高g-c3n4的光催化活性，出现了各种策略，如掺杂杂原子、与其他半导体复合、形貌设计、负载助催化剂等，因此，选择合适的改性方法尤为重要。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种共掺杂氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用，解决了现有g-c3n4光催化剂带隙宽度大，对可见光吸收有限，光生电子和空穴复合速率高的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种共掺杂氮化碳光催化复合材料的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、将三聚氰胺与卤素化合物充分混合得到第一混合物，将所述第一混合物以5℃/min的速率升温至550℃，加热2h，得到黄色块状固体，将所述黄色块状固体研磨成粉末，用乙醇和水依次洗涤，60℃下真空干燥后得到卤素掺杂氮化碳；

7、s2、将所述卤素掺杂氮化碳与nabh4混合得到第二混合物，将所述第二混合物以5℃/min的速率升温至300℃，加热45min，得到的样品依次用乙醇和水洗涤后，60℃真空干燥后得到共掺杂氮化碳光催化复合材料。

8、优选地，所述步骤s1中，三聚氰胺与卤素化合物的质量比为20:(1-3.5)。

9、优选地，所述步骤s1中，卤素化合物选自氟化铵、氯化铵、溴化铵、氟化钠、氯化钠、溴化钠中的任一种。

10、优选地，所述步骤s2中，卤素掺杂氮化碳与nabh4的质量比为8:(1.5-6)。

11、优选地，所述步骤s2中，卤素掺杂氮化碳与nabh4的质量比为8:3。

12、另一方面，一种由上述制备方法制备得到的共掺杂氮化碳光催化复合材料。

13、另一方面，一种共掺杂氮化碳光催化复合材料在光催化反应上的应用，所述光催化剂用于光催化分解水反应。

14、一种共掺杂氮化碳光催化复合材料在光催化反应上的应用，所述光催化剂用于光催化还原co2。

15、(三)有益效果

16、本发明提供了一种共掺杂氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用。与现有技术相比，具备以下有益效果：

17、本发明公开的共掺杂氮化碳光催化复合材料的制备方法，选择nabh4、卤素化合物和三聚氰胺制备共掺杂石墨相氮化碳光催化复合材料，卤素与氮化碳中c或n原子结合，使氮化碳结构更加稳定，同时改变其光学性能，使制备的共掺杂石墨相氮化碳光催化复合材料的能带宽度较小，从而提高了共掺杂石墨相氮化碳光催化复合材料对可见光的吸收能力。另外氮化碳中引入b掺杂，b元素取代c，减少氮化碳表面的石墨碳，优化共轭芳香环结构，有利于光生载流子的转移和分离，从而增强了共掺杂氮化碳光催化复合材料的光催化制氢性能。卤素、硼共掺杂发挥协同作用，优化氮化碳能带结构，扩大光吸收范围，从而提高共掺杂石墨相氮化碳光催化复合材料对可见光的吸收能力，加速光生载流子的分离和迁移，使更多的光生电子和空穴转移到表面反应位点，参与氧化还原反应，提高制备的共掺杂石墨相氮化碳光催化复合材料光催化分解水产氢性能。

技术特征：

1.一种共掺杂氮化碳光催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，三聚氰胺与卤素化合物的质量比为20:(1-3.5)。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，卤素化合物选自氟化铵、氯化铵、溴化铵、氟化钠、氯化钠、溴化钠中的任一种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，卤素掺杂氮化碳与nabh4的质量比为8:(1.5-6)。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，卤素掺杂氮化碳与nabh4的质量比为8:3。

6.一种由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的共掺杂氮化碳光催化复合材料。

7.一种权利要求6所述的共掺杂氮化碳光催化复合材料在光催化反应的应用，其特征在于，所述光催化剂用于光催化分解水反应。

技术总结
本发明提供共掺杂氮化碳光催化复合材料及其制备方法和应用，涉及光催化材料制备技术领域。共掺杂氮化碳光催化复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将三聚氰胺与卤素化合物充分混合得到第一混合物，将所述第一混合物以5℃/min的速率升温至550℃，加热2h，得到黄色块状固体，将所述黄色块状固体研磨成粉末，用乙醇和水依次洗涤，60℃下真空干燥后得到卤素掺杂氮化碳；S2、将所述卤素掺杂氮化碳与NaBH<subgt;4</subgt;混合得到第二混合物，将所述第二混合物以5℃/min的速率升温至300℃，加热45min，得到的样品依次用乙醇和水洗涤后，60℃真空干燥后得到共掺杂氮化碳光催化复合材料。制备的共掺杂石墨相氮化碳光催化复合材料能带宽度较小，有利于光生载流子的转移和分离。

技术研发人员：孙松,王勤,蔡梦蝶,魏宇学
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16