[发明专利]一种金属掺杂黑色非晶态氮化碳光催化材料的制备方法

说明书

本发明提供一种金属掺杂黑色非晶态氮化碳光催化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将富氮有机物与金属盐按一定比例混合；(2)将混合物放入管式炉中，以速率1～50℃/min升至400～700℃保温1～20小时后自然冷却至室温得到金属掺杂黑色非晶态氮化碳光催化材料。本发明基于固相高温热解法，通过单原子金属诱导氮化碳非晶转变，合成了具有优异可见光光催化活性的金属掺杂黑色非晶态氮化碳光催化材料。合成方法简单高效，成本低廉，无需外加催化剂、有机溶剂和保护等其他昂贵或者对环境有害的试剂，同时不需要对原料进行预处理，是一种有利于进行大规模商业化生产的制备方法。

技术领域

本发明涉及氮化碳材料制备技术领域，尤其涉及一种用于光催化的金属掺杂黑色非晶态氮化碳光催化材料的制备方法。

背景技术

光催化技术可以将清洁可再生的太阳能转换成化学能，实现零碳排放，不仅可以有效净化污染物，同时可以缓解能源危机，因此，光催化技术被认为是未来世界发展的最理想的技术之一。为了实现这一目的，制备高活性的光催化材料便成为了亟待解决的问题。石墨相氮化碳是一种类石墨烯的非金属光催化材料，主要由氮原子和碳原子构成，具有制备过程简单，能带结构可调，优异的耐热和耐化学腐蚀性，是一种理想的光催化材料。但是，石墨相氮化碳对可见光的响应较弱，无法实现高效的可见光催化，因此制备具有强可见光响应的氮化碳材料是目前研究的重点。理论和实验都已经证明非晶态的半导体材料由于带尾的存在，通常具有较窄的带隙，这可以扩宽可见光的吸收，从而实现高效的可见光催化性能。但是，非晶态材料缺乏长程有序的结构，这导致了光生电子-空穴对复合率高，光催化性能差。

最近单原子催化材料受到了广泛的关注，这是由于单原子催化材料可以最大限度利用金属原子的活性位点，同时可以提供电子从光催化材料到金属原子之间传递的通道。值得一提的是，单原子与载体之间强的相互作用力，可以引起载体结构的改变甚至相的转变。这样，如果单原子嵌入石墨相氮化碳材料的结构内部，就可能引起石墨相氮化碳材料从晶态到非晶态的转变，这样非晶态的氮化碳可以是实现高效的可见光吸收，同时单原子和氮化碳材料之间的强的相互作用提供了新的载流子通道，实现高效的电子-空穴对的分离。但是，目前仍然没有相关的报道。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的空缺，提供一种简单的条件温和的用于高效可见光催化的金属掺杂黑色非晶态氮化碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将富氮有机物与金属盐以一定比例混合；

(2)在管式炉中高温烧结后自然冷却至室温得到金属掺杂黑色非晶态氮化碳光催化材料。

进一步地，如上所述的光催化材料的制备方法，在步骤(1)中，所述的富氮有机物包括但不限于不限于三聚氰胺、二氢铵、单氢胺、硫脲和尿素等。

进一步地，如上所述的光催化材料的制备方法，步骤(1)中，所述的金属盐包括但不限于各种碱金属盐，碱土金属盐，过渡金属盐等。

进一步地，如上所述的光催化材料的制备方法，步骤(2)中，所述的三聚氰胺和金属盐的质量比为100:1～100:50。

进一步地，如上所述的光催化材料的制备方法，步骤(2)中，所述的升温速率为1-50℃/min。

进一步地，如上所述的光催化材料的制备方法，步骤(2)中，无保护气体，或者惰性保护气体。

进一步地，如上所述的光催化材料的制备方法，步骤(2)中，所述的温度为400-700℃。

进一步地，如上所述的光催化材料的制备方法，步骤(2)中，所述保温时间为1-20小时。