[发明专利]一种氰基功能化g-C3

说明书

本发明提供了一种氰基功能化g‑C₃N₄胶体催化剂的制备方法，包括：将g‑C₃N₄与硫氰化物混合，煅烧，得到氰基功能化g‑C₃N₄胶体催化剂。与现有技术相比，本发明通过高温反应在g‑C₃N₄表面嫁接了氰基，带负电的氰基可与水形成氢键，从而在g‑C₃N₄表面形成一层包裹状的水化层，有效避免了催化剂之间的直接接触及聚沉，改善催化剂在溶液中的分散性，进而促进更多活性位点的暴露，提高了光催化产过程化氢的能力；同时氰基也抑制了电子与空穴对的复合，提高了催化剂的量子效率，促进了光催化产过氧化氢；并且，氰基功能化g‑C₃N₄胶体催化剂可通过添加强电解质破坏表面水化层，诱导其发生聚沉，实现催化剂的回收。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种氰基功能化g-C₃N₄胶体催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

过氧化氢被认为是一种有望取代氢能的清洁能源，可用于电池发电，并且其水溶液的能量密度与压缩的氢气相当，且储存与运输比压缩氢气更为安全。此外，过氧化氢作为一种高效绿色的氧化剂，被广泛地用于化学工业和环境修复当中，如纸浆和纸张的漂白、电子工业、消毒和水处理等。

目前，商业生产过氧化氢大多采用蒽醌法。虽然效率高，但蒽醌法生产过氧化氢成本高、过程复杂且会伴随大量有毒副产物，这些缺点限制了该方法的广泛应用。尽管电催化氧化还原及贵金属催化氢气和氧气的反应在合成过氧化氢过程中不产生有毒副产物，但这两种方法能耗高，且可能会有爆炸的危险。因此，亟需开发一种简单安全的方法用于合成过氧化氢。

人工光合作用可通过光化学反应将太阳能转化为化学能。在太阳能的驱动下，光催化剂产生的光生电子还原氧气生成超氧自由基；产生的空穴氧化水生成氢离子和氧气，其中氢离子与超氧自由基结合生成过氧化氢。与传统方法相比，光催化合成过氧化氢具有能耗低、环境友好等优势。g-C₃N₄因为其出色的可见光响应、可还原性和化学稳定性，引起了科学家们的研究兴趣。但由于强氢键和范德华力作用，g-C₃N₄在水溶液中分散性较差，易聚沉，导致其在反应过程中暴露的活性位点减少，进而表现出较低的催化活性。虽然通过超声、加热和强酸等方式可破坏g-C₃N₄中强的氢键和范德华力作用，从而提高g-C₃N₄在溶液中的分散性，但这些方法不可避免地耗损大量的g-C₃N₄催化剂。此外，g-C₃N₄催化剂还存在光生电子和空穴对复合率高、量子效率低的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种分散性好、催化活性高的氰基功能化g-C₃N₄胶体催化剂、其制备方法及应用。

本发明提供了一种氰基功能化g-C₃N₄胶体催化剂的制备方法，包括：

将g-C₃N₄与硫氰化物混合，煅烧，得到氰基功能化g-C₃N₄胶体催化剂。

优选的，所述g-C₃N₄按照以下方法制备：

将富氮前驱体进行煅烧，得到g-C₃N₄。

优选的，所述富氮前驱体选自尿素、三聚氰胺与双氰胺中的一种或多种；所述富氮前驱体的煅烧温度为500℃～600℃；时间为3～5h；升温速率为1～5℃ /min。