[发明专利]全可见光谱响应的氮化碳基三元复合光催化剂及其制备

说明书

本发明公开一种全可见光谱响应的氮化碳基三元复合光催化剂及其制备。制备时首先将聚三嗪亚胺（PTI）纳米片分散在含有芳香族有机物（Ph）的有机醇类溶剂中超声至均匀分散后，加入氰胺，60℃水浴加热搅拌至产生白色沉淀，真空干燥得到白色固体粉末，然后在空气氛围下热聚合制备得到氮化碳基三元复合光催化剂PTI/Ph/GCN。本发明公开的制备方法简单，所得的氮化碳基三元复合光催化剂在可见光范围内（200~800 nm）具有全光谱响应特性，在能量转换和环境治理方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种全可见光谱响应的氮化碳基三元复合光催化剂及其制备。

背景技术

近些年，半导体光催化剂因其“绿色”的特性，在解决环境有机污染和能源危机问题方面得到了较为广泛的应用。在众多现有的光催化剂中，聚合半导体氮化碳作为轻质非金属半导体，因具备适宜的能带结构，良好的稳定性和易于制备等优点，成为最具应用前景的半导体材料之一。但是，现有技术中的氮化碳材料普遍只有相对较窄的可见光谱吸收范围（560nm），限制了其在可见光催化领域的应用。

氮化碳由于具有较强的面内π共轭键，在三嗪环边缘残余的胺基能为π共轭体系的拓展提供理想位点，从而可以通过扩大共轭体系来拓展其对可见光的吸收范围。

目前，还没有关于将聚三嗪亚胺（PTI）、石墨相氮化碳（GCN）和芳香族有机物（Ph）通过共价键结合形成三元复合氮化碳基光催化剂的报道。为此，本申请利用不同晶相的氮化碳，通过与含孤对电子的p-π共轭芳香族化合物（Ph）发生缩聚反应，形成PTI/Ph/GCN氮化碳基三元复合光催化剂，以期能拓展复合物的光谱响应范围，提高光催化剂的光电响应性能，进一步推动光催化技术的发展及其实际应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种具有全可见光谱响应性能的氮化碳基三元复合光催化剂，该催化剂对可见光的响应拓展至全可见光区（200~800 nm），具有较高的光电响应性能；且其制备工艺简单，操作方便，容易实现工业化生产，在能量转换和环境治理方面具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案为：

一种全可见光谱响应的氮化碳基三元复合光催化剂的制备方法，具体制备步骤为：

（1）将聚三嗪亚胺纳米片分散在含孤对电子的p-π共轭芳香族有机物的有机醇溶液中，超声至分散均匀；

（2）将一定比例的氰胺分散在步骤（1）所得溶液中并超声；

（3）将步骤（2）所得混合溶液在60℃下搅拌至溶液中生成白色沉淀，接着真空干燥得到白色固体粉末；

（4）将白色固体粉末转移至带有盖子的容器中，在马弗炉中煅烧即可制得氮化碳基三元复合光催化剂PTI/Ph/GCN。

作为优选，步骤（1）中的芳香族有机物包括对苯二胺、均苯四甲酸二酐、对氨基苯甲醛。

作为优选，步骤（1）中芳香族有机物的有机醇溶液的浓度为 0.001~0.05 mol·L^-1。

作为优选，步骤（1）中聚三嗪亚胺与芳香族有机物的质量之比为2:1~100:1。

作为优选，步骤（1）中，有机醇包括乙醇、异丙醇和丁醇。

作为优选，步骤（2）所用氰胺与聚三嗪亚胺的质量比为1:1～50:1。

作为优选，步骤（1）中的超声时间为2~8 h；步骤（2）中的超声时间为1~4 h。

作为优选，步骤（3）中，真空干燥温度为60~80 ℃，时间为12~24 h。

作为优选，在马弗炉中进行煅烧时的升温速率为2~20℃/min，热聚温度为500~650℃，热聚恒温时间为4~12 h。