[发明专利]复合异质元素Na,P,O的氮化碳光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化材料技术领域，公开了复合异质元素Na,P,O的氮化碳光催化剂及制备方法和应用。以二氰二胺和十二水合磷酸钠为原材料，大气环境下马弗炉中高温煅烧；对煅烧后的产物洗涤，获得复合异质元素Na,P,O的氮化碳。本发明制备的复合异质元素Na,P,O的氮化碳相比于普通氮化碳，P、O能够有效取代氮化碳中氮原子的位置进而掺入到氮化碳骨架中，而Na进入氮化碳的间隙位置，从而使复合异质元素Na,P,O的氮化碳具有更正的导带位置和更正的价带位置。同时Na,P,O的引入可以改变氮化碳的电子结构且有效抑制光生载流子的复合，从而极大地改善了氮化碳的光催化性能。且制备方法简单，具有极高的产量，操作简单，易于控制，重复性好，绿色环保，有利于工业化的大规模生产。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及复合异质元素Na,P,O的氮化碳光催化剂及制备方法和应用。

背景技术

近些年来，随着社会经济的发展，给工业企业的发展带来了更大的发展空间。但是随着人们对自然资源的过渡采伐，自然资源的匮乏以及环境污染的问题日益严峻。光催化技术作为一种环境友好型的绿色技术，能高效利用太阳能治理环境问题，同时具有较好的热稳定性和化学稳定性，在环境污染日益加重和能源之间匮乏的情况下，被广大学者认为是缓解能源危机、解决能源问题的有效方法。目前，TiO₂已经成为最受欢迎且应用最为广泛的光催化剂，但是在可见光区微弱的活性极大的限制了它的实际应用。为了克服这些缺点，大量窄带隙的半导体(BiVO₄、CdS及C₃N₄等)已经被开发来有效利用可见光。

仅由地球上丰富的碳、氮元素组成的高分子氮化碳材料，因其具有良好的可见光吸收能力和良好的抗光腐蚀性能而成为一种极具吸引力的材料。合适的能带位置(E_CB＝-1.3V_NHE，E_VB＝1.4V_NHE，PH＝7)，在热力学上适用于水分解、氧还原反应(ORR)和有机污染物的降解。然而，由于其载流子复合效率高，从而导致其较低的光转换效率。因此，各种策略，如形貌控制、带隙工程、共催化剂负载以及与复合异质元素等，已被广泛地研究来提高其光催化活性。在上述众多策略中，复合异质元素被认为是常见且有效的改性手段。一方面，复合异质元素Na,P,O的氮化碳具有更正的导带位置和价带位置。此外，Na,P,O异质元素的同时引入可以改变氮化碳的电子结构且有效抑制光生载流子的复合，从而极大地改善了氮化碳的光催化性能。

目前，复合异质元素Na,P,O的氮化碳还未见相关报道。

发明内容

本发明的一个目的是提供复合异质元素Na,P,O的氮化碳光催化剂的制备方法，该方法通过一步煅烧法得到高温煅烧后的产物，再对其进行充分的洗涤后可直接得到复合异质元素Na,P,O的氮化碳光催化剂。Na,P,O异质元素的引入可以改变其电子排布从而引起能带的结构变化，解决了现有光催化剂对可见光利用率不高、活性位点少、产H₂O₂选择性与效率低等问题。

实现本发明目的的技术方案具体为：

复合异质元素Na,P,O的氮化碳光催化剂的制备方法，通过一步煅烧法原位引入了杂元素Na、P、O，合成了复合异质元素Na,P,O的氮化碳，包括以下步骤：

(1)首先将二氰二胺和十二水合磷酸钠至于研钵中充分研磨至均匀；

(2)向坩埚里面加入一定量的研磨均匀的混合物，放入马弗炉中，然后以一定的升温速度加热到一定温度，再保持一定时间；

(3)将高温煅烧后的产物充分洗涤、干燥，即可得复合异质元素Na,P,O的氮化碳。

步骤(1)中，二氰二胺和十二水合磷酸钠的质量之比为0.5-2：0.1-2。

步骤(1)中，研磨时间为15～30min。