[发明专利]一种MgAl LDO/氮空位氮化碳基光催化剂及制备方法与用途

说明书

本发明属于纳米材料领域，涉及一种MgAl LDO/氮空位氮化碳基光催化剂及制备方法与用途。本发明制备了一种富含氮空位的氮化碳(g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;)纳米片，将镁铝双金属层状氢氧化物(MgAl LDH)原位沉积在其表面，通过继续煅烧制备了廉价易得、结构稳定且催化活性高的镁铝双金属层状氧化物(MgAl LDO)/氮空位氮化碳复合光催化COsubgt;2/subgt;还原材料。MgAlLDO表面具有丰富的路易斯碱/酸位，Osupgt;2‑/supgt;、Mgsupgt;2+/supgt;‑Osupgt;2‑/supgt;和OH基团作为路易斯碱位提高COsubgt;2/subgt;的吸附活化能力，Alsupgt;3+/supgt;和Alsupgt;3+/supgt;‑Osupgt;2‑/supgt;作为路易斯酸位提高Hsubgt;2/subgt;O的吸附/解离，加速了Hsubgt;2/subgt;O的氧化半反应，提供更多的质子，从而进一步提高了COsubgt;2/subgt;还原的活性。同时，表面氮空位有利于光生电子和空穴的分离，路易斯酸/碱与氮空位协同使复合光催化材料具有优异的光催化COsubgt;2/subgt;性能。

技术领域

本发明属于纳米材料和光催化的技术领域，涉及一种镁铝双金属层状氧化物/氮空位氮化碳纳米片及其制备方法与用途。

技术背景

近年来，光催化技术因具有运行成本低、反应条件温和以及二次污染小等诸多特点，受到研究者的广泛关注。光催化还原CO₂技术可以利用丰富的太阳能将温室气体CO₂转换为CO、CH₄等有价值的化工原料和能源燃料，是一种解决能源危机、缓解温室效应的理想方法，相对于其他转换，光催化还原CO₂具有原料廉价丰富、含碳产物附加值高、产物能量密度大、运行成本低的优势，因此它在解决能源危机与环境污染问题中有着重要的应用价值。

氮化碳(graphitic carbon nitride，g-C₃N₄)，作为一种被广泛研究的无金属共轭半导体材料，具有价格低廉、合成简便、性能稳定、储量丰富、无毒、可见光响应等特性，引起人们的广泛关注。然而，在实际应用中由于电子-空穴复合快，缺乏足够的CO₂吸附活性位点，造成了太阳能利用率偏低，导致其光催化还原CO₂性能严重不足。

最近，富含氮空位的g-C₃N₄光催化体系在光催化领域显示出独特的优势。表面氮空位可以调节催化剂的电子结构，将会在导带位置边缘形成中间能隙态，光生电子被激发到中间能隙态，扩大对入射光的响应范围。同时，氮空位捕获光生电子，促进载流子的迁移，极大的限制了光生电子和空穴的复合，进而提高了g-C₃N₄的光催化活性。但是，单一的氮空位g-C₃N₄吸附活化CO₂能力弱，极大的限制了其光催化还原CO₂活性。因此，构建一种CO₂吸附能力强、高活性的g-C₃N₄光催化体系仍是一个巨大的难题。