[发明专利]一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用，制备时先将氰胺等前驱体、葡萄糖等碳源溶液、以及氯化锌和氯化钾按一定比例混合研磨均匀，在空气氛围中热聚合，经水洗除盐后即得碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化材料。本发明的制备方法快速简单，成本低廉，制备过程对环境友好，所制得的材料具有结晶度高，可见光响应范围宽等优点，其可见光催化性能较好，其光催化分解水制氢速率可达传统g‑C₃N₄材料的11倍。

技术领域

本发明属于材料制备及光催化技术领域，具体涉及一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机的爆发，越来越多的清洁能源被开发利用，太阳能清洁能源一直是人们研究的热点，其中，光催化分解水制氢是将太阳能转化为清洁可利用的化学能的重要手段之一，探寻一种高效、稳定、可见光响应的半导体催化剂一直是这一领域的核心问题，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种优良的半导体可见光催化剂，具有高效、稳定、可见光响应的特点，但是氮化碳存在结构缺陷(参见Chem. -Eur. J., 2007, 13: 4969；ACS Catal.2016, 6: 3921)，这些缺陷常常成为光生电子和空穴的复合中心，因此，提高氮化碳的结晶度，减少其缺陷，是提高其光催化活性的一种有效方法。

近几年，一种以LiCl/KCl熔盐为反应介质制备的新型氮化碳——聚三嗪亚胺(poly(triazine imide), PTI)(参见Chem. Eur. J., 2011, 17: 3213)因具有较高的结晶度而备受关注，但其光催化活性较低。而以KCl/ZnCl₂为熔盐一步制备的氧化锌/聚三嗪亚胺异质结型氮化碳具有较高的可见光催化产氢活性 (参见Chem.Commun.,2016,52:13020)。但异质结型催化剂的异质界面上形成的势垒阻碍了光生载流子的迁移，导致光生电子-空穴对的复合率较高。另外，氧化锌/聚三嗪亚胺二元复合光催化剂也存在对可见光响应范围较窄的缺点。

碳材料作为一种固相电子介质有利于半导体催化剂中光生电子的传输，常用于异质结型光催化剂的构筑，从而提高光生载流子的分离效率。同时，碳的加入也有利于拓宽其对可见光响应范围，进而提升材料的光催化性能。目前，还未见关于碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合光催化剂的制备方法及相关应用的报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用，这种复合催化剂的制备方法简便、成本低廉、光催化性能良好。

本发明的技术方案为：一种碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂的制备方法，具体步骤为：

1）将碳源溶液，氮化碳前驱体与熔盐按比例混合，研磨混匀后转移至坩埚内；

2） 将盛有上述混合物的坩埚置于马弗炉中，在空气氛围中煅烧后自然降温至室温；

3）将坩埚中的固体混合物用60~90℃的热水洗涤并抽滤，除去盐后烘干得到碳/氧化锌/聚三嗪亚胺三元复合可见光催化剂。

步骤1中，碳源溶液的溶质包括葡萄糖、抗坏血酸、一水合柠檬酸中的任意一种；碳源溶液的溶剂包括超纯水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种，碳源溶液的浓度为1.0~10.0 mg/mL。

步骤1中，氮化碳前驱体包括三聚氰胺、二氰二胺、单氰胺中的任意一种或多种的混合物。

步骤1中，熔盐为氯化钾与氯化锌的混合物，二者的质量比为1:0.5~2。

步骤1中，碳源、氮化碳前驱体与熔盐的质量比为0.001~0.01：1：5~20。