[发明专利]一种金属碳酸盐‑CNB复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化领域，特别涉及一种金属碳酸盐-CNB复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

石墨相氮化碳(简称g-C₃N₄)以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜、使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现不够理想。g-C₃N₄材料光生电子-空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用。

为了提高g-C₃N₄的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。目前，通常使用非金属元素对g-C₃N₄进行改性，用于改性的非金属元素主要包括S、B、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C₃N₄晶格缺陷使得光生电子－空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。

Zhang等将双氰胺与BmimPF₆(离子液体)混合，经过高温煅烧后得到P掺杂g-C₃N₄催化剂，经XPS分析表明P元素取代了结构单元中C，少量P掺杂虽然不能改变g-C₃N₄的骨架结构，但是，其明显改变了g-C₃N₄的电子结构，光生电流也明显高于没掺杂g-C₃N₄。

Yan等采用加热分解三聚氰胺与氧化硼的混合物制备了B掺杂g-C₃N₄，经过XPS光谱分析表明B取代了g-C₃N₄结构中的H，光催化降解染料研究表明B掺杂同时提高了催化剂对光的吸收，因此，其对罗丹明B光催化降解效率也得到提高。

Liu等将g-C₃N₄在H₂S气氛里于450℃煅烧制备了具有独特电子结构S元素掺杂g-C₃N₄的CNS催化剂，XPS分析显示S取代了g-C₃N₄结构中N。当λ＞300及420nm时S掺杂g-C₃N₄光催化分解水产氢催化效率分别比单一g-C₃N₄提高7.2和8.0倍。

Wang等报道了B、F掺杂g-C₃N₄研究，他们用NH₄F作为F源与DCDA制得F元素掺杂g-C₃N₄催化剂(CNF)。其研究结果表明F元素已掺入g-C₃N₄的骨架中，形成了C—F键，使其中一部分sp²C转化为sp³C，从而导致g-C₃N₄平面结构不规整。另外，随着F元素掺杂数量增多，CNF在可见光区域内的吸收范围也随之扩大，而其对应的带隙能由2.69eV降到2.63eV。

用BH₃NH₃作为硼源制备B元素掺杂的g-C₃N₄催化剂(CNB)，对其表征发现B元素掺入取代了g-C₃N₄结构单元中的C元素。

Lin等采用四苯硼钠作为B源，在掺入B的同时，又因苯离去基团的作用使得g-C₃N₄形成薄层结构，其层的厚度为2～5nm，降低了光生电子到达催化剂表面所需要消耗的能量，因此提高光催化效率。

然而，目前尚不存在金属碳酸盐和非金属元素双掺杂的石墨相g-C₃N₄的研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：首先制备硼掺杂的石墨相氮化碳，即CNB，再在制得的CNB表面吸附金属离子，最后向吸附有金属离子的CNB中加入碳酸根，从而在CNB表面直接生成不溶性金属碳酸盐，使CNB与金属碳酸盐形成良好的复合物，而且避免了固相复合操作，制得的复合光催化剂对有机染料具有良好的光催化降解作用，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：