【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，具体涉及的是一种氮化碳分子结催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、过氧化氢是一种环保的氧化剂和清洁能源载体，在废水处理、化学合成、电子工业和消毒等领域有着广泛的应用。在各种方法中，光催化选择性氧还原反应(orr)是一种很有前途的过氧化氢生产策略，利用清洁和充足的阳光作为能量输入，同时氧气和水作为唯一的原料。氮化碳(pcn)由于其可见光捕获能力、优越的理化稳定性和合适的能带结构，在光催化中得到了广泛的研究，包括光合成过氧化氢、氮气还原、二氧化碳还原和水裂解。
2、但众所周知，在氮化碳(pcn)光催化反应中，快速的载流子复合速率是限制其进一步大规模实际应用的主要障碍。针对此问题，通常采用在两个或两个以上能级合适的半导体之间构建ii型/z型/s型异质结，形成内建电场(bief)，以提高载流子分离。然而在实际上，典型的异质结材料通常是通过体相结合制备的，很难在分子水平上对异质结材组分进行精确的结构操作，这不利于进一步指导太阳能转换效率高的光催化剂的设计和合成。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种氮化碳分子结催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术很难在分子水平上对异质结材组分进行精确的结构操作的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种氮化碳分子结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)分别将相同摩尔量的三聚氰酸和三聚氰胺分别溶解于dmso中形成溶液a和溶液b，然后将溶液b滴加
5、(2)取一定质量的cm以及总质量5～8倍于cm质量的氯化钾、氯化锂，在手套箱中彻底混合，而后转移至管式炉，在ar气氛下，将混合物在873k煅烧4h，冷却至室温后，用沸水洗涤，离心干燥，最终的产物被标记为htcn。
6、在本专利技术中，我们发现具有还原-氧化活性位点的周期性分子结光催化剂在光催化氧化还原反应中表现出优越的潜力。通过进一步的周期性分布和扩展，分子晶体晶格中的氧化和还原成分可以以不同的模式进行空间排列和连接，从而在分子结构中实现更多可能的光生电荷转移途径。受分子结优越的效应启发，我们在氮化碳框架(htcn)上设计并构建了七嗪/三嗪(h/t)分子结。通过仔细调整htcn中七嗪与三嗪结构的摩尔比，达到了高效的过氧化氢人工光合成。然而三嗪或七嗪基结构，对光催化性能的影响仍有待进一步探索。对于2e-orr途径高效地实现光合成过氧化氢，内部分子h/t结的构建是一个新的发现，因为提升了与长寿命陷阱态有关的内建电场。实际上，陷阱态对于快速电荷转移来实现高效光催化性能是很重要的。在光催化反应过程中，自由电荷从激发态(es)和浅阱态(sts)中富集，但通过被深阱态(dts)捕获而被猝灭。也就是说，长寿命的捕获电子使得高效产过氧化氢，浅层捕获电子进一步显著促进了光催化活性。各种策略已经被开发用于诱导不同类型的陷阱态，策略包括形成c/n空位，掺杂金属，或构建z形异质结。开发一种有效的降低载流子复合率的策略，并有望进一步提高其光催化性能，深入了解光催化剂难以捉摸的陷阱态与光催化活性之间的关系是迫切需要的。
7、作为优选地，步骤(1)和步骤(2)中的煅烧升温速率均为2.0k·min-1，ar流速均为100ml·min-1。
8、作为优选地，步骤(2)中，氯化钾、氯化锂的质量比为15∶85～85∶15。
9、更优地，步骤(2)中，氯化钾、氯化锂的质量比为55∶45。
10、更进一步地，步骤(2)中，氯化钾、氯化锂的总质量为cm质量的6倍。
11、上述的任意一项所述的制备方法制备得到的氮化碳分子结催化剂htcn。
12、氮化碳分子结催化剂htcn在人工光合成双氧水以及醇类氧化生成醛类化合物反应催化剂中的应用。
13、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
14、1、本专利技术通过简单的两步超分子聚集体和熔融盐法，成功地合成了内部七嗪/三嗪结晶氮化碳(htcn)。各种表征表明，与单一七嗪氮化碳(hcn)或三嗪氮化碳(tcn)衍生的样品相比，htcn并非hcn与tcn的简单混合，而是氮化碳框架中的内部分子h/t结有效地促进了浅层捕获态的形成，并为光催化2e-orr提供了增强的驱动力。
15、2、本专利技术通过控制氯化钾和氯化锂的质量比，能够控制htcn中的七嗪分子与三嗪分子比例，解决了现有技术很难在分子水平上对异质结组分进行精确的结构操作的技术问题。
16、3、本专利技术通过控制氯化钾和氯化锂的质量比优化后的htcn的光催化产过氧化氢明显增强，催化能力最强能分别达到cm、cmcn、hcn和tcn的96.5、38.5、14.5和10.2倍。此外，用苯甲醇取代异丙醇，充分利用了光生电子和空穴，得到的还原产物(过氧化氢)和氧化产物(相应的苯甲醛)在水溶液中的摩尔比接近1：1。
17、4、本专利技术揭示了光催化剂难以捉摸的陷阱态与光催化行为之间的内在构效关系，为设计一种低成本、高效、有前途的催化剂以进一步应用提供了有效的策略；
18、5、本专利技术三嗪-七嗪htcn分子结光催化剂能实现高效的双氧水人工光合成性能，同时也可以实现多种醇类的高效选择性氧化生成多种高附加值的醛类化合物。
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1.一种氮化碳分子结催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中的煅烧升温速率均为2.0K·min-1，Ar流速均为100mL·min-1。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氯化钾、氯化锂的质量比为15∶85～85∶15。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氯化钾、氯化锂的质量比为55∶45。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氯化钾、氯化锂的总质量为CM质量的6倍。
6.如权利要求1～5任意一项所述的制备方法制备得到的氮化碳分子结催化剂HTCN。
7.如权利要求6所述的氮化碳分子结催化剂HTCN在人工光合成双氧水以及醇类氧化生成醛类化合物反应催化剂中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种氮化碳分子结催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中的煅烧升温速率均为2.0k·min-1，ar流速均为100ml·min-1。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氯化钾、氯化锂的质量比为15∶85～85∶15。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张启涛，张云霄，曹庆翔，李俊青，涂颖，邱春天，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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