[发明专利]一种共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂的熔盐法制备方法及应用

说明书

本发明属于材料制备及光催化技术领域，涉及一种共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂的熔盐法制备方法及应用。该复合可见光催化剂以单氰胺等含氮化合物为前驱体，以不同的有机小分子化合物为共聚单体，以氯化钾与氯化锌的混合物为熔盐介质，通过一步高温煅烧和水洗除盐而制得。本发明的共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂为纳米级薄片，具有较大的比表面积。与氮化碳/氧化锌复合光催化剂和传统的石墨相氮化碳相比，增强了对可见光的吸收，促进了光生电子和空穴的分离和迁移，提高了可见光下的光解水产氢活性。

技术领域

本发明涉及材料制备及光催化技术领域，尤其涉及一种共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂。

背景技术

利用太阳光分解水制氢是解决环境污染和能源危机最具潜力的一种理想途径，而探寻稳定、高效、具有可见光响应的光催化剂是这一领域的核心问题。近几年，氮化碳在光解水制氢方面表现出优良的性能，其化学性质稳定，禁带宽度(～2.7eV)合适，是一种具有可见光响应的聚合物半导体光催化材料。近期，采用熔盐法制备的一种高度结晶的氮化碳被广泛用于光解水制氢(参见J.Am.Chem.Soc.,2014,136:1730；Chem.Mater.,2015,27:8237)。其中，以KCl/ZnCl₂为熔盐介质可一步制备出氮化碳/氧化锌异质结型复合光催化剂(参见Chem.Commun.,2016,52:13020)。该复合光催化剂在可见光下分解水产氢活性比熔盐法制备的纯氮化碳提高了63倍。但是，此复合光催化剂仍然存在明显缺点，比如其吸收光谱范围较窄，导致其对可见光的利用率较低等。

通过共聚改性的方法拓展上述二元复合光催化剂的吸收光谱范围，进而提升其对可见光利用率的研究工作还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂的熔盐法制备方法及应用。在本发明中，将氮化碳的前驱体与不同有机小分子单体在KCl/ZnCl₂熔盐介质中进行共聚合反应，实现对氮化碳纳米片层共轭结构的调整，增强其对可见光的吸收，进一步提升光生载流子的分离和迁移效率，进而提升材料的光催化性能。

本发明制备的可见光催化剂具有较高的结晶度、较大的比表面积和较宽的可见光响应范围，能实现光生载流子的快速迁移和分离，相比于已有的氮化碳/氧化锌异质结型复合光催化剂和传统的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，其可见光分解水制氢活性更高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂的熔盐法制备方法，其包括下列步骤：

1)将氮化碳的前驱体、有机小分子单体与熔盐混合，研磨均匀后转移至坩埚中；

2)将盛有上述混合物的坩埚置于马弗炉中，在空气氛围中煅烧后自然降温至室温；

3)将坩埚中的固体混合物用热水洗涤，除尽其中的盐，干燥后得到共聚改性氮化碳/氧化锌复合可见光催化剂。

在上述制备方法中，步骤1)中氮化碳的前驱体选自三聚氰胺(又称密胺、蛋白精)、二氰二胺(又称氰基胍、二聚氰胺)、单氰胺(简称氰胺)中的任意一种或多种。

在上述制备方法中，步骤1)中有机小分子单体选自2,4,6-三氨基嘧啶、4-氨基-2,6-二羟基嘧啶、2-氨基-4,6-二羟基嘧啶中的任意一种。

在上述制备方法中，步骤1)中氮化碳的前驱体与有机小分子单体的质量比为1:0.005～0.25

在上述制备方法中，步骤1)中熔盐为氯化钾与氯化锌的混合物，二者的质量比为1:0.5～1.5。

在优选的实施方案中，上述制备方法的步骤1)中氮化碳的前驱体、有机小分子单体与熔盐的质量比为1:0.05:10。