[发明专利]一种石墨相氮化碳光电复合催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨相氮化碳光电复合催化剂及其制备方法，属于催化材料技术领域。该石墨相氮化碳光电复合催化剂由石墨相氮化碳经常压低温等离子体改性处理制得，兼具光催化活性和电催化活性；其中，常压低温等离子体为利用沿面放电方式，直接在空气中电离产生的低温等离子体。与现有石墨相氮化碳材料及改性方法不同，本发明无需使用化学试剂，仅利用沿面放电等离子体的给电子效应、热效应及活化的协同增效作用，在不改变现有材料组成的条件下，使其可以在可见光条件下降解染料，也可以电解产生氢气。此改性制备过程简单方便、短时高效，同时使材料具备多种特性，进一步拓展了石墨相氮化碳的应用范围。

技术领域

本发明涉及催化材料领域，具体涉及一种石墨相氮化碳光电复合催化剂及其制备方法。

背景技术

作为一种非金属半导体聚合物材料，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)以其优异的化学稳定性、特殊的电子能带结构、对可见光响应等特点，在催化领域显示出巨大的应用前景。然而，现有g-C₃N₄所具备的高电子-空穴复合率、低比表面积、低电子传输效率、低可见光利用率和易团聚等性质，使其光催化效能较低，严重制约了其在光催化领域的进一步应用。

为了提高g-C₃N₄的光催化活性，研究者们已经发展和应用了多种策略和手段，如金属和非金属掺杂、载体负载、前驱体修饰、高压密闭热聚合、氧化剂氧化等。但这些方法中大部分都不可避免的使用化学试剂或高温高压等。众所周知，低温等离子体技术是一种材料制备和改性的重要策略，具有快速高效、无需化学试剂等特点。最近，中国专利文献CN201710256118.4公开了一种可降解农药残留的纳米纤维包装材料的制备方法，在氮气保护下利用高压等离子体处理g-C₃N₄纳米纤维膜，以提高该纤维膜的光催化降解农药效果。

近年来，随着电催化技术的不断发展，人们也以g-C₃N₄为载体，贵金属为电催化材料，构建了各种新型的电催化剂。遗憾的是，g-C₃N₄本体并不具备电催化性能，尤其是电催化析氢性能。鉴于绿色催化的理念，若能开发一种简单高效、节能环保、且不需要引入其他化学试剂的改性方法，制备出同时具有光催化和电催化活性的石墨相氮化碳材料，是非常具有创造性的工作。这可以显著提高石墨相氮化碳的工业价值，有效地拓展其在能源、环保等领域中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨相氮化碳光电复合催化剂及其制备方法，该制备方法简单高效、节能环保、不需要引入其他化学试剂，所制得石墨相氮化碳光电复合催化剂兼具光催化活性和电催化活性，催化活性强。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种石墨相氮化碳光电复合催化剂，所述石墨相氮化碳光电复合催化剂由石墨相氮化碳经过常压低温等离子体改性处理制得，且兼具光催化活性和电催化活性；所述常压低温等离子体为利用沿面放电方式，直接在空气中电离产生的低温等离子体。

可选地，所述石墨相氮化碳由含氮有机物经焙烧制得。通常情况下，焙烧温度为500～600℃，焙烧时间为1～5h；优选地，焙烧温度为530～560℃，焙烧时间为2～3h。

可选地，所述含氮有机物包括单氰胺、双氰胺、三聚氰胺和尿素中的一种或多种。

本发明还提供了以上石墨相氮化碳光电复合催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)装置的构建：以绝缘材料为介质板；所述介质板的上表面放置梳状的高压电极，下表面附着整块金属薄片接地电极；所述高压电极和接地电极分别与电源连接；

2)材料的改性：将所述石墨相氮化碳放置在所述介质板上相邻的高压电极之间，开启所述电源，对所述石墨相氮化碳进行常压低温等离子体改性处理，制得石墨相氮化碳光电复合催化剂。