[发明专利]一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法，具体包括如下过程：将尿素与丙二酰胺研磨并混合，待混合均匀后，将所得混合物放入带盖的氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热，即得。本发明解决了传统石墨相氮化碳存在的光生载流子复合率高、太阳光吸收利用率差以及比较面积小的问题。

技术领域

本发明属于半导体光催化材料技术领域，具体涉及一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法，本发明还涉及该催化材料的应用。

背景技术

社会发展和人口增加在带来一系列环境问题的同时，也极大提高了人类对能源的需求。环境污染与能源短缺已经成为当今人类面临的两大主要问题。开发清洁、环保且可持续的新型能源已迫在眉睫。由于光催化技术可以将低密度的太阳能转化为高密度的电能和化学能，因此，设计合成简单、高效且结构稳定的半导体光催化材料被认为是解决未来环境与能源问题的最有效途径之一。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种有机非金属聚合物光催化材料因其制备简单、成本低廉、结构稳定、能带结构合适，迅速成为光催化领域的热点材料，并展现出了巨大的潜在应用前景(Chem.Rev.,2016,116,7159-7329)。但在g-C₃N₄结构中，联结3-s-三嗪单元的氮原子是sp³杂化，且具有较大的电负性，在一定程度上限制了g-C₃N₄的共轭体系及光生载流子的分离，导致其光催化性能较低(Appl.Catal.B:Environ.,2018,229,114-120)。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法，解决了传统石墨相氮化碳存在的光生载流子复合率高、太阳光吸收利用率差以及比较面积小的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法，具体包括如下过程：将尿素与丙二酰胺研磨并混合，待混合均匀后，将所得混合物放入带盖的氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热，即得。

本发明的特点还在于，

丙二酰胺的用量为10～50mg。

尿素的用量为5g。

尿素与丙二酰胺的混合时间为20min。

马弗炉中的加热时间为2h，加热速率为5K min^-1。

本发明的有益效果是，本发明以丙二酰胺作为新型聚合小分子，采用一步共聚合法对g-C₃N₄进行碳桥联改性修饰。所得材料不仅改善了g-C₃N₄原有的共轭体系，优化了能带结构，并诱导电荷再分布，从而提高了g-C₃N₄光生载流子的分离效率及太阳光利用率。此外，丙二酰胺单体还可以作为封端剂，在热聚合过程中产生更多的结构边缘缺陷和面内孔，极大增加了g-C₃N₄的比表面积。光催化测试结果表明，所得材料在光降解有机染料及光解水制氢方面展现出了优异性能。

附图说明

图1(A)为本发明一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法中对比例1和实施例2样品的XPS全谱，横坐标为结合能，纵坐标为强度；

图1(B)为本发明一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法中对比例1和实施例2样品的C1s高倍谱，横坐标为结合能，纵坐标为强度；

图1(C)为本发明一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法中对比例1和实施例2样品的N1s高倍谱，横坐标为结合能，纵坐标为强度；

图1(D)为本发明一种碳桥联改性氮化碳光催化材料的制备方法中对比例1和实施例2样品的固态核磁谱图，横坐标为结合能，纵坐标为强度；