[发明专利]一种Ag+

说明书

本发明提供了一种Ag⁺‑Ag⁰掺杂氮化碳耦合钴肟分子复合光催化剂及其制备方法与应用。其制备方法包括步骤：将硝酸银溶液加入双氰胺溶液中，在黑暗条件下搅拌加热除去溶剂，之后经研磨、高温煅烧后得到Ag⁺‑Ag⁰掺杂的g‑C₃N₄；将所得Ag⁺‑Ag⁰掺杂的g‑C₃N₄加入乙腈水溶液中研磨后超声，之后加入钴肟分子催化剂，在黑暗条件下进行搅拌，即得。本发明通过简单的一步煅烧方法，使得Ag⁺在氮化碳共轭平面内存在，Ag⁰被包裹到氮化碳内部(即植入到氮化碳层间)，实现协同促进面内和层间电荷传输的目的，大大提高了其活性及稳定性，并且促进界面电荷的快速传输，使得光催化产氢性能大幅度提升。

技术领域

本发明涉及一种Ag⁺-Ag⁰掺杂石墨相氮化碳耦合钴肟分子复合光催化剂及其制备方法与应用，属于半导体光催化分解水技术领域。

背景技术

环境污染和能源危机已成为制约人类生存和发展的两大因素，所以清洁无污染可再生能源越来越受到人们的青睐。光催化技术在解决能源危机和环境污染上显示出优越的性能，其中利用太阳能分解水制氢技术受到越来越多科研人员的关注。半导体材料作为光催化剂，在光照条件下发生催化反应，主要分为三个步骤：光激发产生电子空穴对，光生电子空穴分离迁移到半导体表面，表面发生氧化还原反应。

自2009年，Wang课题组首次将聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)应用于光催化反应中，发现其在可见光下具有优越的产氢性能，因其具有合适的能带结构、高化学稳定性以及二维共轭平面结构、表面积大，从此g-C₃N₄在光解水、光催化降解有机污染物和光合成等领域受到广泛关注。然而不同于无机材料，g-C₃N₄作为二维有机半导体其电子耦合弱，介电常数低，激子结合能较高，光生电子-空穴对难以分离，并且其表面缺乏活性位点，这些问题大大限制了它的应用。针对上述问题科研人员采取多种策略对g-C₃N₄进行改性，如针对激子结合能高，光生电子-空穴难以分离的问题，可以对其进行元素掺杂，目前大量实验已经证实元素掺杂能够有效提高光催化性能，然而不同的元素其掺杂的位置及其成键方式是不一样的，如K⁺掺入时掺入到层间促进了层间的电子传输，Na掺入时掺杂到平面内，提高了平面内的电荷传输(参见J.Mater.Chem.A,2017,5,9358–9364)。因此元素掺杂的位置及成键方式还有待进一步研究。

针对表面缺乏活性位点问题，科研人员通常选择在表面负载贵金属，如铂、钯、铑等作为助催化剂，然而其高昂的价格限制了它的应用(参见Chem.Rev.2010,110,6503)；钴作为过渡金属，储量丰富，价格低廉，因此以钴基分子催化剂作为催化位点的研究近年来广受关注。

因此，开发高效稳定的新型复合光催化剂具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种Ag⁺-Ag⁰掺杂氮化碳耦合钴肟分子复合光催化剂及其制备方法与应用。本发明通过简单的一步煅烧法，使得Ag⁺在氮化碳共轭平面内存在， Ag⁰被包裹到氮化碳内部(即植入到氮化碳层间)，实现协同促进面内和层间电荷传输的目的，并且随着Ag前驱体的含量变化Ag⁺和Ag⁰的比例是可调的；同时在氮化碳表面耦合钴肟分子催化剂为反应提供足够的活性位点，而掺杂的Ag⁺作为桥梁能够与钴肟分子催化剂上的羧基成键使二者耦合在一起，大大提高了其活性及稳定性，并且促进界面电荷的快速传输，使得光催化产氢性能大幅度提升。