[发明专利]一种光催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法，本发明制备的光催化剂是硫元素和氰基共改性的氮化碳光催化剂，且具有高光催化活性和高光催化稳定性；根据实施例的数据可知，在光催化分解水制氢性能测试中，本发明制备的催化剂产氢量显著高于纯氮化碳，具有更高的光催化活性。本发明的方法原料易得、制备成本低廉，制备方法简单方便。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化水分解制氢是一种有光明应用前景的方法，能够减少化石能源的使用和大气二氧化碳温室气体的浓度。非金属类石墨烯氮化碳具有独特的物理化学性能，尤其是可见光活性，引起了科研工作者的极大兴趣。而且，氮化碳聚合物本身能够通过分子层级改性和表面工程达到控制表面化学的目的。近年来，大量科研工作者致力于解决氮化碳可见光吸光能力差、量子效率低的研究中，以提高氮化碳的光催化活性，并提供了许多优化方法，包括元素掺杂、染料敏化、形貌优化和构建多元半导体复合材料等等。例如，制备钾元素掺杂的氮化碳显著提高了光催化制氢活性。另外，塑造结构缺陷也是一种调整电子结构、促进光生电荷转移的重要途径，且能产生光催化活性位点，以提高光催化制氢活性。其中，氰基官能团是一种有效的结构缺陷，能够及时分离光生电子空穴对，增加电子空穴寿命，最终提高氮化碳的催化活性。然而，现有合成的石墨相氮化碳中，虽然含有氰基官能团，但是不能同时掺杂其它元素进入氮化碳中，限制了石墨相氮化碳催化活性的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化剂，该光催化剂包括石墨相氮化碳和硫元素，硫元素掺杂在所述石墨相氮化碳的晶格中，且石墨相氮化碳存在氰基缺陷，具有高光催化活性和高光催化稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺分开放置，然后对所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺进行热处理，得到光催化剂。

优选的，所述石墨相氮化碳粉末由尿素经烧结而成。

优选的，所述烧结的温度为450～550℃，时间为1.5～2.5h。

优选的，所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺的质量比为0.3:0.1～3。

优选的，所述热处理的温度为200～350℃，时间为1～3h。

优选的，升温至所述热处理的温度的升温速率为2～30℃/min。

优选的，所述热处理在保护气氛下进行。

优选的，所述保护气氛为惰性气体。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的光催化剂，包括石墨相氮化碳和掺杂在所述石墨相氮化碳晶格中的硫元素，所述石墨相氮化碳存在氰基缺陷。

优选的，所述光催化剂中硫元素的原子百分含量为0.05～0.5at.％。

本发明提供了一种光催化剂的制备方法，将石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺分开放置，然后对所述石墨相氮化碳粉末与硫代乙酰胺进行热处理，得到光催化剂。本发明制备的光催化剂包括石墨相氮化碳和掺杂在所述石墨相氮化碳晶格中的硫元素，所述石墨相氮化碳存在氰基缺陷，是一种硫元素和氰基共改性的石墨相氮化碳光催化剂，具有高光催化活性和高光催化稳定性，相比本发明的原料-石墨相氮化碳(纯氮化碳)，本发明使用硫元素和氰基共改性的石墨相氮化碳光催化剂更适合于光催化领域的工业化大规模应用；根据实施例的数据可知，在光催化分解水制氢性能测试中，本发明的催化剂产氢量显著高于纯氮化碳，具有更高的光催化活性。

本发明的光催化剂的原料易得、制备成本低廉，制备方法简单方便，克服了现有技术中合成含氰基氮化碳时成本高、步骤繁琐，不利于大量合成的技术难题。