[发明专利]一种表面缺陷型F掺杂的g-C3

说明书

本发明提供一种新型微波法制备F掺杂的g‑C₃N₄光催化材料及其应用。采用热聚合法制备本体g‑C₃N₄材料，使用微波消解仪在介质中对本体g‑C₃N₄进行微波刻蚀，使其表面形成氮空位。本发明的F掺杂g‑C₃N₄材料将F原子引入氮空位，与C原子形成C‑F键，导致电子分布不均从而形成表面极化场，降低其表面的空穴电子复合率，增强光催化剂活性。本发明的材料对双氯芬酸钠、苯酚和双酚A的降解率分别为100%、55％和65％，均优于本体g‑C₃N₄。本发明工艺简单，适合于工业化大批量生产，并且将光催化降解技术应用于降解PPCPs领域具有很高的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种新型微波法制备F掺杂g-C₃N₄材料及其应用。

背景技术

目前，随着社会经济的发展，废水中的药品及个人护理用品已成为一类新兴污染物，主要包括人用和兽用药物、兴奋剂、显影剂、化妆品等。PPCPs的大量产生对生态环境及人类健康具有很大威胁。最近的研究表明，某些PPCPs不能被生物废水和常规饮用水处理工艺去除，包括混凝，沉淀和过滤。因此，需要寻找替代处理技术，而光催化处理的主要优点在于利用太阳光活化反应物，从而避免苛刻的反应条件和使用有毒的活性试剂。但是，其应用于水处理进展缓慢，主要原因是缺乏大规模廉价适用的光催化剂材料。

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种新型廉价的非金属半导体聚合物。它不仅易于制备，具有很好的稳定性和无毒性，而且具有独特的电子结构，已被广泛用于污染物的降解，光催化制氢，二氧化碳的还原生产等方面。但g-C₃N₄因为光利用率低，光诱导空穴/电子对的快速重组和缺乏反应性位点，其光催化效率被严重限制。为此，前期文献报道了大量关于碳材料结构改性的工作，例如结构修饰，阳离子和阴离子掺杂，优势晶面调控，与半导体或金属耦合等。其中，缺陷已被证明能够有效地调节半导体的性能，在g-C₃N₄骨架中形成氮缺陷是增强电荷转移和可见光光催化性能的有效方法。为了提高g-C₃N₄的光催化性能，有人提出掺杂C，S和F等非金属元素来增加缺陷，增强太阳光的吸收及其光催化活性。特别是，掺杂高电负性元素增强电场效应已经成为一种有效的方法，可以促进电场形成，增大其比表面积和光催化剂表面的光生电荷分离。