[发明专利]B,S共掺杂氮化碳纳米管光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及B,S共掺杂氮化碳纳米管光催化剂及制备方法和应用。该方法首先通过低温水热的方法得到形貌规整的棒状中间体，再通过管式炉煅烧得到具有管状结构的B,S共掺杂氮化碳。利用管状结构本身的特性和B,S元素引入引起的能带结构变化，解决了现有光催化剂对可见光利用率不高、暴露的活性位点少、对高浓度有机染料降解效率低等问题。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及B,S共掺杂氮化碳纳米管光催化剂及制备方法和应用。

背景技术

光催化技术作为一种有前景的绿色技术，在去除有机污染物和太阳能转化方面具有极大地应用潜力。TiO₂已经成为最受欢迎且应用最为广泛的光催化剂，自从1972年首次成功应用于光解水。然而，较宽的禁带宽度和在可见光区微弱的活性极大地限制了TiO₂的实际应用。为了克服TiO₂带隙较宽的缺点，大量窄禁带半导体(Ag₃PO₄、BiVO₄、CdS及Bi₂WO₆等)已经被开发来有效利用可见光。

作为一种非金属聚合物半导体，氮化碳已经在光电催化等领域引起了研究人员广泛的关注，其具有经济环境友好、高化学和热稳定性、出色的光电性能和生物相容性。更重要的是氮化碳具有合适的带隙，保证了其可以充分利用可见光。但到目前为止氮化碳依旧受限于其较小的比表面积和较快的光生载流子复合几率。因此，元素掺杂、形貌控制、构筑异质结及染料敏化等策略被采用来提升氮化碳的光催化活性。在上述众多策略中，元素掺杂和形貌控制被认为是常见且有效的改性手段。一方面元素掺杂可以从而使B,S共掺杂氮化碳纳米管具有更低的价带位置和更宽的带隙。同时B、S的引入可以改变氮化碳的电子结构且有效抑制光生载流子的复合，从而极大地改善了氮化碳的光催化性能。一方面元素掺杂可以调控氮化碳的能带结构和增强其光吸收能力，进而改善其光催化性能。另一方面形貌调控可以极大地增大氮化碳的比表面积，并能够提供更多的活性位点。

发明内容

本发明的一个目的是提供了一种B,S共掺杂氮化碳纳米管光催化剂的制备方法，该方法首先通过低温水热的方法得到形貌规整的棒状中间体，再通过管式炉煅烧得到具有管状结构的B,S共掺杂氮化碳。利用管状结构本身的特性和B,S元素引入引起的能带结构变化，解决了现有光催化剂对可见光利用率不高、暴露的活性位点少、对高浓度有机染料降解效率低等问题。

实现本发明目的的技术方案具体为：

一种B,S共掺杂氮化碳纳米管光催化剂的制备方法，其制备步骤如下：

(1)首先将三聚氰酸、硫脲和硼酸置于去离子水中常温磁力搅拌分散，得到混合分散液；

(2)将所得的混合分散液转移至水热反应釜中进行反应；将所得的反应产物静置后离心分离、洗涤、干燥即可得棒状中间体；

(3)向坩埚里面加入中间体，再放入管式炉中，通入气体，然后以一定的升温速度加热到一定煅烧温度，再保温一定时间，即可获得B,S共掺杂氮化碳纳米管。

上述的制备方法中，所述步骤1中，三聚氰酸、硫脲、硼酸和去离子水的质量比为0.5-2：0.5-2：0.05-0.2：30-50；所述的搅拌时间为30-60min。

上述的制备方法中，所述步骤2的反应温度为140℃-200℃，所述的反应时间为8h-16h。

上述的制备方法中，所述步骤3的中间体质量为0.5-2g，煅烧温度为450℃-550℃，所述的升温速度为1-4℃/min，所述的煅烧温度保持时间为2-5小时，所述的气体为氩气，所述的气体流速为100mL/min。

本发明与现有技术相比，其显著优点：