一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法，包括：(1)将含氮有机前驱体加入适量去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥；(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的石墨相氮化碳在100‑200℃的氟气氛围中常压反应0.5‑2h，得到含有缺陷的氮化碳。采用本发明专利技术的方法所制备的富含缺陷的氮化碳载流子分离效率高，有利于光催化活性提高。

【技术实现步骤摘要】
一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法
本专利技术涉及氮化碳光催化材料领域，具体涉及一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法。
技术介绍
半导体光催化是解决能源危机和环境污染问题的有效途径。石墨相氮化碳是一种2D层状非金属光催化材料，兼具可见光响应和良好的稳定性，在光催化产氢、水氧化、有机物降解、光合成以及二氧化碳还原等领域具有重要研究价值。然而目前氮化碳在光催化反应中仍然面临禁带宽度较宽、光生载流子难以有效分离以及比表面积低等问题。在氮化碳的框架中引入缺陷是解决上述问题的方法之一，因而受到研究人员的广泛关注。科研工作者的研究表明缺陷，特别是催化剂的本征缺陷被认为可以有效地提高催化性能。许多报道发现氮化碳中的缺陷不但改善了电荷分离效率，而且增强了光催化水分解过程中的可见光吸收。因此，通过控制反应条件制备缺陷程度可控的氮化碳，探究氮化碳缺陷结构与能级结构、催化活性间的关系，对于进一步提高材料的光催化活性具有重大研究意义。氟气是一种强还原性气体，与冷冻处理过前驱体的石墨相氮化碳反应产生丰富的结构缺陷。通过控制氟气反应的温度和时间，调节氮化碳的缺陷程度，缺陷作为反应的活性位点，使得光催化效率有效提高。这种方法将对氮化碳及其他碳基非金属催化材料的缺陷调控研究提供新的思路，为开发应用于光化学和光电化学的催化材料提供了一种新的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法，具体实施步骤如下：一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法，包括下列步骤：(1)将含氮有机前驱体加入适量去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥；(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的石墨相氮化碳在100-200℃的氟气氛围中常压反应0.5-2h，得到含有缺陷的氮化碳。优选的，所述的含氮前驱体为二氰二胺、三聚氰胺或硫脲中的一种或混合物。优选的，所述的氟气气氛为体积分数20％的氟气和氮气混合气体。与现有技术相比，本专利技术的优点是：(1)本专利技术具有普遍适用性，不局限于一种合成氮化碳原料，且可应用于改性其它非金属碳基催化剂。(2)制备的富含缺陷的氮化碳载流子分离效率高，有利于光催化活性提高，可用于设计高效光催化剂。附图说明图1为含缺陷氮化碳的透射电镜图；图2为含缺陷氮化碳的X射线衍射图；图3为含缺陷氮化碳的红外光谱图；图4为含缺陷氮化碳的X射线光电子能谱图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1(1)1g三聚氰胺中加入30mL去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥。(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的100mg石墨相氮化碳在150℃的体积分数20％的氟气和氮气混合气体中常压反应1h，得到含有缺陷的氮化碳46mg。图1为制备的缺陷氮化碳的透射电镜图，表面有明显的孔洞结构。图2为制备的缺陷氮化碳的X射线衍射图，13。对应的峰(100)基本消失不见，表明面内结构被破坏。图3为制备的缺陷氮化碳的红外光谱图，3000-3500cm-1属于氨基基团或水，1200-1700cm-1属于芳香型碳氮杂环，810cm-1属于嗪环，表明氮化碳基本结构保持不变。图4为制备的缺陷氮化碳的X射线光电子能谱图，样品中含有碳、氮、氧、氟四种元素。实施例2(1)1g三聚氰胺中加入30mL去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥。(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的100mg石墨相氮化碳在120℃的体积分数20％的氟气和氮气混合气体中常压反应1h，得到含有缺陷的氮化碳54mg。实施例3(1)1g三聚氰胺中加入30mL去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥。(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的100mg石墨相氮化碳在180℃的体积分数20％的氟气和氮气混合气体中常压反应1h，得到含有缺陷的氮化碳39mg。实施例4(1)1g三聚氰胺中加入30mL去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥。(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的100mg石墨相氮化碳在150℃的体积分数20％的氟气和氮气混合气体中常压反应2h，得到含有缺陷的氮化碳35mg。实施例5(1)1g三聚氰胺中加入30mL去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥。(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的100mg石墨相氮化碳在150℃的体积分数20％的氟气和氮气混合气体中常压反应0.5h，得到含有缺陷的氮化碳59mg。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法，包括下列步骤：(1)将含氮有机前驱体加入适量去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥；(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的石墨相氮化碳在100‑200℃的氟气氛围中常压反应0.5‑2h，得到含有缺陷的氮化碳。

【技术特征摘要】
1.一种有缺陷的高效氮化碳光催化剂的制备方法，包括下列步骤：(1)将含氮有机前驱体加入适量去离子水，用液氮冻干，然后在冷冻干燥机中除水干燥；(2)将(1)中的干燥物在马弗炉中以5℃/min升温到550℃反应4h，自然冷却至室温，制得石墨相氮化碳。(3)将(2)中的石墨相氮化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑀，姚枫楠，封伟，冯奕钰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12