[发明专利]一种基于氮化碳的复合光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于光催化技术领域，涉及光催化分解水制氢，具体涉及一种基于氮化碳的复合光催化剂及其制备方法与应用。制备方法包括以下步骤：将HKH与BPTA加入至甲醇与N‑甲基吡咯烷酮的混合液中进行溶剂热反应获得Bulk‑C₄N，采用水热法对Bulk‑C₄N进行处理获得C₄N量子点溶液；将三聚氰胺热解获得Bulk‑C₃N₄，在空气氛围下，将Bulk‑C₃N₄程序升温至510~550℃热处理获得C₃N₄纳米片；将C₃N₄纳米片加入至C₄N量子点溶液搅拌混合后，静置即得。本发明提供的光催化剂能够改善C₃N₄的缺陷，降低带宽，从而有效提高光催化剂的光生电子和空穴分离效率，改善材料的光催化制氢性能。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及光催化分解水制氢，具体涉及一种基于氮化碳的复合光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

C₃N₄具有类似石墨烯的二维片层结构，是一类聚合物半导体，结构中存在6个孤对电子的氮，并且禁带宽度约为2.7 e V。其能带结构易于产生光生载流子，从而提高对可再生太阳能的利用，实现光催化。层状结构的C₃N₄是一种有效载体，可以提高活性位点和反应物的接触面积，改善材料分散性，避免物质的聚集。但是，较宽的禁带宽度使其对全光谱可见光吸收率相对较低，并且载流子复合率过高，导致C₃N₄作为光催化剂的光催化效果较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于氮化碳的复合光催化剂及其制备方法与应用，本发明提供的光催化剂能够改善C₃N₄的缺陷，降低带宽，抑制电荷复合，从而有效提高光催化剂的光生电子和空穴分离效率，改善材料的光催化制氢性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种基于氮化碳的复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将环己六酮（HKH）与3,3' -二氨基联苯胺（BPTA）加入至甲醇与N-甲基吡咯烷酮的混合液中进行溶剂热反应获得Bulk-C₄N，采用水热法对Bulk-C₄N进行处理获得C₄N量子点（C₄NDs）溶液；

将三聚氰胺进行热解获得Bulk-C₃N₄，在空气氛围下，将Bulk-C₃N₄程序升温至510~550 ℃进行热处理获得C₃N₄纳米片（C₃N₄NSs）；

将C₃N₄纳米片加入至C₄N量子点溶液搅拌混合后，静置即得。

本发明通过C₄N量子点与C₃N₄纳米片复合后形成异质复合材料，其界面可以促进电荷分离，抑制复合速率，并且在范德华力作用下使得材料具有较小的带隙，有助于增强复合材料对可见光的光吸收能力以及光稳定性。此外，形成的异质复合材料具有大的比表面积，可以提供大量反应活性位点。