[发明专利]一种无机离子掺杂的氮化碳光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化的技术领域，尤其涉及一种无机离子掺杂的氮化碳光催化剂及其制备方法。

背景技术

当前，人类面临环境污染和能源短缺两大基本问题，如何有效的利用可持续的清洁太阳能来解决环境问题和能源问题已越来越受到全世界的关注和重视。近年来，随着光催化技术的发展，借助太阳能实现光催化技术在环境污染净化和太阳能转化为化学能领域方面表现出了巨大的应用潜力。

在光催化过程中起着重要作用的是光催化材料。由于可见光光驱动的光催化剂可以直接利用太阳光或人照光，并且在环境保护、材料科学和太阳能转化领域表现出了巨大的应用潜力。因此具有可见光活性的光催化剂越来越受到研究者的亲睐。过去几十年，科学家们一直致力与研发具有可见光活性的光催化剂，比如无机可见光催化剂Fe₂O₃,(BiO)₂CO₃,MoS₂,SrTiO₃和WO₃/BiOCl，有机可见光催化剂g-C₃N₄，单质光催化剂Si,P,S和Se。特别是类石墨烯氮化碳（g-C₃N₄），是迄今为止发现的第一种有机光催化剂，它具有合适的禁带宽度（约2.7eV）、高的热稳定性和化学稳定性、无毒、生物兼容性、成本低廉、易于化学改性等优点，受到了研究者的广泛关注。

在对半导体类光催化剂的研究中，类石墨烯氮化碳半导体材料具有独特的电子结构，优良的光吸收能力和较高的光催化性能，其得到的较广泛的研究和开发。但是，由于氮化碳比表面积较低、光生电子空穴易复合率高和存在大量结构缺陷等缺点，使得氮化碳在可见光下的活性不够理想，限制了氮化碳的大规模应用。因此，有必要开发有效的方法用于氮化碳的改性，以进一步提高其光催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机离子掺杂的氮化碳光催化剂及其制备方法，所述无机盐离子掺杂的氮化碳光催化剂能够增强可见光吸收，提高光生电子的分离效率，具有较高的可见光催化活性。

本发明提供一种无机离子掺杂的氮化碳光催化剂，具有式（I）所示的分子式：

[X]_m[C₃N₄]_(1-m)  （I）；

其中，m为1%～40%。

优选的，所述m为2%～20%。

优选的X为KCl、KBr、KI、NH₄Cl、NH₄Br、NH₄I、KNO₃、K₂SO₄、K₂CO₃、KH₂PO₄、CaCl₂、MgCl₂、BaCl₂、（NH₄）₂SO₄、NH₄NO₃、（NH₄）₂CO₃。

优选的氮化碳原料为单氰氨、二氰二氨、三聚氰胺、氰尿酸、硫脲或尿素。

本发明提供无机离子掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法，包括以下步骤：

将碳氮源和无机盐在水溶液中充分混合后烘干，进行煅烧，得到具有式（I）所示分子式的无机离子掺杂的氮化碳光催化剂：

[X]_m[C₃N₄]_(1-m)  （I）；

其中，m为1%～40%。

优选的，所述碳氮源为单氰氨、二氰二氨、三聚氰胺、氰尿酸、硫脲或尿素。