[发明专利]一种氮化碳超薄异质结的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氮化碳超薄异质结的制备方法及其应用，将带负电的超薄产氢g‑C₃N₄在盐酸水溶液中超声、搅拌，加强g‑C₃N₄的分散性，同时g‑C₃N₄分子中含有丰富的‑C‑N‑结构，这使其可以轻易被盐酸质子化，从而带上正电；然后将得到的带正电的超薄产氢g‑C₃N₄与带负电的超薄产氧g‑C₃N₄在水相环境中超声、搅拌，利用正负电荷相互吸引的原理，即可将二者有效组装起来，实现产氢半导体与产氧半导体的有效结合，从而成功构建用于光解水的超薄g‑C₃N₄异质结。得到的超薄g‑C₃N₄异质结光解水性能优异，分散性好，可稳定储存。本发明方法简单，可控性强，重复性好，原料廉价且来源广泛，绿色安全环保，提高了生产效率，降低了生产成本，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于石墨相氮化碳材料领域，具体涉及一种氮化碳超薄异质结的制备方法及其应用。

背景技术

受自然光合作用启发，基于半导体的Z型异质结体系被认为是实现光催化全分解水的最有效体系之一。此体系由两种能带结构匹配的半导体构成，其中导带电位较低的半导体用于光催化产氢，价带电位较高的半导体用于光催化产氧，载流子通过两者结合处的界面定向传输，整体实现有序的氧化/还原反应循环。这种Z型体系将水分解过程分为两个步骤，克服了单一半导体光催化剂在全分解水过程中的动力学和热力学瓶颈，因而受到人们的广泛研究。截至目前，已经成功发展了多种Z型光催化体系，如钛酸锶/钒酸铋(J.Am.Chem.Soc.2017,139,1675-1683)，钛酸锶/三氧化钨(J.Phys.Chem.C2017,121,9691-9697)，氮化钽/三氧化钨(Chem.Sci.2017,8,437-443)，金属硫化物/二氧化钛(J.Am.Chem.Soc.2015,137,604-607)，黑磷/钒酸铋(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,2160-2164)等。这些Z型体系已经取得了一定的全分解水能力，但是由于载流子传输迟缓、氧化/还原反应驱动力低等问题，全分解水性能依旧有待提高。另外，这些Z型体系大多含有过渡金属，制备成本往往较高，且易造成重金属污染。因此，在光催化全分解水领域，由储量丰富的非金属元素构成的Z型体系逐渐展示出巨大的潜力，吸引了人们浓厚的研究兴趣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化碳超薄异质结的制备方法及其应用，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮化碳超薄异质结的制备方法，将带正电的超薄产氢g-C₃N₄与带负电的超薄产氧g-C₃N₄在水相环境中进行静电自组装，之后蒸发去水即可得到用于光解水的氮化碳超薄异质结。

进一步的，进行静电自组装的带正电的超薄产氢g-C₃N₄与带负电的超薄产氧g-C₃N₄质量相同。

进一步的，水相环境采用去离子水。

进一步的，带正电的超薄产氢g-C₃N₄与去离子水的质量比为1:(2000～5000)。

进一步的，将带负电的超薄产氢g-C₃N₄与盐酸水溶液按质量比为1:(300～500)混合，然后超声、剧烈搅拌得到混合物A，然后将混合物A过滤水洗、真空干燥，即可得到带正电的超薄产氢g-C₃N₄。