[发明专利]一种硼钠双掺杂纳米层状类石墨相氮化碳及其制备方法和应用

说明书

本发明属于无机光催化剂材料的技术领域，具体涉及一种硼钠双掺杂纳米层状类石墨相氮化碳的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1，将三聚氰胺溶于水得到三聚氰胺溶液，向三聚氰胺溶液中加入硝酸铵，反应完成后，将得到的固体产物进行煅烧，得到纳米层状结构g‑C₃N₄；S2，将所述纳米层状结构g‑C₃N₄与NaBH₄混合，再进行煅烧，冷却，得到硼钠双掺杂的纳米层状结构g‑C₃N₄。本发明所述的制备方法获得的硼钠双掺杂纳米层状类石墨相氮化碳具有良好的光催化性能，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于无机光催化剂材料的技术领域，具体涉及一种硼钠双掺杂纳米层状类石墨相氮化碳及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石燃料的过度消耗及环境污染问题日益突出，太阳能光催化分解水制氢的技术逐渐成为了一种研究广泛的太阳能转化新路径。目前，一般采用半导体作为光催化剂，但是其超低活性限制了工业化。因此，开发低成本、高效率的助催化剂势在必行。贵金属是公认的高效产氢的助催化剂，但是成本高昂，非贵金属助催化剂能有效降低成本，通过将贵金属和非贵金属助催化剂组装在一起，有望开发一种新型、高效的复合助催化剂，兼顾贵金属和非贵金属助催化剂的优点。

类石墨氮化碳(g-C₃N₄)聚合物半导体作为一种非金属光催化剂，具有优异的热稳定性、化学稳定性、易改性和在可见光辐射下具有良好的可见光响应性等诸多优点，制备g-C₃N₄的原料成本低廉、稳定性高，储量丰富。g-C₃N₄带隙较窄(E_g＝2.70eV)，具有合适的能带结构，导带位置为1.1eV，价带位置为1.6eV，特别适用于光催化有机污染物降解、水分解、CO₂还原和光催化水解制氢等。但是，g-C₃N₄存在比表面积较小、光生电子-空穴对复合率高、光催化效率较低等不足之处。为了解决这些问题，已经发展了多种方法，主要从以下三个方面对g-C₃N₄进行改性：提高g-C₃N₄的比表面积；通过掺杂等方法调节g-C₃N₄的带隙，提高其对可见光的响应；将g-C₃N₄与其它半导体光催化剂进行复合，制备出异质结复合光催化剂，提高其对光的响应范围和光生载流子的分离效率。其中，纳米结构的g-C₃N₄具有较大的比表面积，被认为是提高光催化活性的一种非常有效的方法，纳米结构有利于加速电子的输运，缩短光激发电子-空穴对从本体到催化剂表面的扩散路径。此外，纳米结构材料较高的比表面积提供了更多的光催化反应活性位点，提高了反应物的初始吸附速率，例如，将NH₄Cl作为气态模板混入到三聚氰胺中，实现一步合成g-C₃N₄纳米片。该方法制备的g-C₃N₄纳米片具有比表面积增大、电子传递能力增强、光激发载流子寿命长等特点，其光催化制氢能力较体相g-C₃N₄增强了许多，但是，这种方法的不足之处在于NH₄Cl作为气态模板不能够与三聚氰胺在微观层面上进行结合，只是在宏观上均匀混合，不能有效地将g-C₃N₃剥离开，g-C₃N₃纳米片在二维层面上还是多层结合在一起。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种硼钠双掺杂纳米层状类石墨相氮化碳的制备方法。该方法制备的硼钠双掺杂纳米层状类石墨相氮化碳克服了现有技术的g-C₃N₄比表面积较小、光生电子-空穴对复合率高、光催化效率低的技术问题，获得了一种性质优异的光催化材料。