[发明专利]一种具有层状开裂微结构的高活性g-C3N4光催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有层状开裂微结构的高活性g‑C₃N₄光催化材料的制备方法，将尿素和2‑乙基咪唑混合研磨后，放入坩埚中盖上盖子，再将坩埚置于马弗炉中升温至520~580℃煅烧，然后，冷却至室温，即得改性后的具有层状开裂微结构的高活性g‑C₃N₄光催化材料；本发明在合成g‑C₃N₄的过程中，加入2‑乙基咪唑，利用2‑乙基咪唑在高温煅烧过程中燃烧释放的NO和CO等还原性气体对g‑C₃N₄的微观结构进行修饰和改性，从而调控g‑C₃N₄的能带结构以拓宽光响应范围促进可见光吸收，并促进光生电子的迁移速率；g‑C₃N₄具有层状开裂微结构，导致其比表面积增大。在拓宽光学吸收范围、促进光生电子迁移速率以及增大比表面积的共同作用下，光催化活性大大增强。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，特别涉及一种具有层状开裂微结构的高活性g-C₃N₄光催化材料的制备方法。

背景技术

随着全球化石能源的快速消耗，环境逐渐恶化。现在生活废水中最常见的污染物就有六价铬（Cr⁶⁺），所以人类研究用光催化技术还原Cr⁶⁺。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是近年来迅速发展起来的一种新型可见光催化剂，受到了人类的广泛关注。g-C₃N₄是一种富电子有机半导体的非金属光催化剂，在紫外和可见光下能够产生氢气和氧气。在分别存在适当的牺牲电子受体或供体的情况下，g-C₃N₄催化剂不需要金属促进剂，并且对于减少的析氢反应或氧化水氧释放反应具有催化活性。福州大学的付贤智院士研究所与德国马克斯普朗克研究所合作，对g-C₃N₄光催化研究进行了大量有益的研究。

近年来，g-C₃N₄因为其具有合适的带隙、低成本、稳定性高等独特的特性受到了广泛的关注。主要包括：光催化制氢、降解有机污染物和光催化还原。然而，g-C₃N₄光催化剂仍然存在一些问题，比如它只能吸收波长小于460nm的可见光，而对于460nm以上的可见光却没有吸收，因此，需要进一步拓宽其光谱吸收范围；另外，g-C₃N₄光催化剂的电子迁移及分离效率也比较低，有所进一步提高，进而提高其光催化活性。为了更好地发挥g-C₃N₄光催化剂的作用，研究人员通过一些常用的方法，包括贵金属改性、非金属掺杂、表面复合半导体等以提高g-C₃N₄的光催化性能。

人们在提高g-C₃N₄光催化活性方面进行了大量的研究，比如采用非金属掺杂提高其光催化活性：专利号为CN201711182393.2的中国专利公开了一种氮掺杂环状空心纳米炭材料的制备方法。该方法首先将含氮聚合物包覆在环状g-C₃N₄模板上，随后对其进行高温煅烧，高温使g-C₃N₄分解，产生大量含氮气体，可作为造孔剂和氮源，同时聚合物碳化得到氮掺杂环状空心纳米炭材料。该材料结构独特、具有高氮含量，在超级电容器、锂离子电池、电化学催化剂等方面具有广阔的应用前景。该方法具有操作简便、容易工业化生产、且对环境污染小的特点，是一种重要的氮掺杂环状空心纳米炭材料的制备方法。另外，也可以通过贵金属改性，例如专利号CN201710535288.6的中国专利公开了一种改性g-C₃N₄光催化剂及其制备方法。其表面具有-NH₂，-NH-及酚羟基等功能化基团，对水体中Cr(VI)具有较高的富集能力，从而提升了催化剂光催化还原水体Cr(VI)的效率。