[发明专利]一种尺寸可控的石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种尺寸可控的石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法，属于材料制备及光催化技术领域。制备方法的具体步骤包括：S1、通过有机化合物前体热聚合，得到原始g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;；S2、将原始g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;、溶剂混合均匀，进行水热反应，分离提纯后得到各种尺寸的石墨相氮化碳光催化剂的混合物。本技术方案可以根据需要制备得到不同尺寸的含有庚嗪环结构的石墨相氮化碳低聚物，通过选择合适的聚合单体、溶剂以及反应温度和时间，通过各工艺参数的协同配合，最终制备得到了含有庚嗪环结构的石墨相氮化碳光催化剂，该有石墨相氮化碳光催化剂的制备工艺简单且尺寸可控。

技术领域

本发明属于材料制备及光催化技术领域，涉及一种尺寸可控的石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法。

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。

化石燃料的燃烧引起的一系列环境污染问题人类生存环境带来极为有害的影响，化石燃料本身的不可再生性引起的能源短缺问题也受到了人们的广泛关注。可再生能源将在解决这两个问题中发挥着重要作用。太阳能具有无污染、储量大等一系列优点；氢能源具有高效、可再生的优势，在替代化石燃料方面发挥着越来越重要的作用。因此，利用太阳能分解水制氢的半导体光催化技术具备广阔的应用前景。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)纳米材料具有合适的带隙宽度(2.7eV)，是目前广泛使用的有机半导体光催化剂，不过由于原始的g-C₃N₄层间堆叠引起的结构缺陷而存在比表面积低，光生载流子传输效率低，光生电子-空穴对复合率高，对可见光利用率低等问题，难以在光催化分解水制氢反应中得到广泛应用。然而特殊层状结构以及合适的带隙宽度使其可以通过各种修饰和改性对原始的g-C₃N₄进行优化，克服现有不足，提高其光催化裂解水产氢的性能。

发明内容

为了改善现有石墨相氮化碳g-C₃N₄层间堆叠严重的问题，本发明的目的是提供一种尺寸可控的石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法。通过简单水热的方式显著提高原始g-C₃N₄的比表面积以及光生载流子的传输效率，并且通过调整反应时间和反应温度，调控g-C₃N₄的尺寸。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

第一方面，一种尺寸可控的石墨相氮化碳光催化剂的制备方法，通过将原始的g-C₃N₄材料与有机或无机的溶剂混合，在无催化剂存在的情况下，控制反应温度、时间和溶剂的种类，制备得到含有庚嗪环结构的尺寸可控的小尺寸氮化碳光催化剂，由此解决现有技术含有庚嗪环结构的g-C₃N₄比表面积低，光生载流子传输效率低，光生电子-空穴对复合率高，对可见光利用率低等的技术问题。

具体步骤为：

S1、通过有机化合物前体热聚合，得到原始g-C₃N₄；

S2、将原始g-C₃N₄、溶剂混合均匀，进行水热反应，分离提纯后得到各种尺寸的石墨相氮化碳光催化剂的混合物。

其中，S1中，所述有机化合物前体为一种富含氮、碳元素的化合物，包括三聚氰胺，尿素，双氰胺，单氰胺等；

所述热聚合的反应温度为200℃～600℃；