[发明专利]一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法和应用

说明书

一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法和应用。该方法包括如下步骤：将氯化铵、双氰胺和硝酸钾混合，升温至500～600℃后保温3～6小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即可得上述钾掺杂氮化碳光催化剂。所述的钾掺杂氮化碳光催化剂用于光催化分解有机物。本发明制得的光催化剂有较大的层间距和比表面积，具有优异的光催化活性，在对有机物的降解实验中，其降解效率是单纯氮化碳的两倍之多，并且简单可行，对实验设施的要求较低，可以最大程度节约制备成本。

技术领域：

本发明涉及一种钾掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法和应用，属于催化技术领域。

背景技术：

近年来，伴随着城市化和工业化进程的发展，传统化石燃料的消耗量日益增加，地球能源存储量急剧下降，能源短缺的问题已经引起了人类的广泛关注。此外，由燃烧化石燃料以及其他工业废弃物的处理引发的环境污染问题也日益突出，严重影响了我们的日常生活，威胁到人类社会的可持续发展。基于此，寻求一种绿色环保，可再生的能源已迫在眉睫。太阳能作为一种储量无限的清洁能源，其开发和利用成为目前科研工作者的研究热点。

光催化剂可以在太阳光的照射下，在光子的激发下，电子由价带跃迁至导带形成电子-空穴对，通过一系列的氧化还原反应对有机污染物进行降解。整个反应过程只需太阳光照，无需提供外加能源，是二十一世纪环境污染治理的发展方向和趋势。

氮化碳因其合适的禁带宽度，可以吸收可见光(在太阳光中占大部分的光线)，是一类具有代表性的半导体光催化剂。然而由于光生载流子的寿命短，复合率高等缺陷，限制了氮化碳的光催化活性，因此需要对氮化碳进行改性处理以进一步提高反应活性。已有研究表明，对半导体光催化剂进行碱金属掺杂处理可以提高界面电荷的传导能力，抑制光生电子-空穴对的复合，达到提高光催化活性的目的。

发明内容

本发明的目的是针对当前技术存在的不足，提供一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，该方法在氮化碳的前驱体里加入硝酸钾和氯化铵，直接制得钾掺杂的氮化碳光催化剂。制得的光催化剂有较大的层间距和比表面积，具有优异的光催化活性，在对有机物的降解实验中，其降解效率是单纯氮化碳的两倍之多。本发明简单可行，对实验设施的要求较低，可以最大程度节约制备成本，有很大的发展潜力。

本发明的技术方案为：

一种钾掺杂氮化碳光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(a)将氯化铵和双氰胺混合，得到第一混合物；其中，质量比为氯化铵：双氰胺＝0.2～1：1；

(b)再将硝酸钾与步骤(a)中得到的第一混合物混合，得到第二混合物；其中，质量比为硝酸钾：步骤(a)中混合物＝0.001～0.02：1；

(c)将步骤(b)中得到的第二混合物置于马弗炉或管式炉中在空气中进行煅烧处理，升温速率为3～5℃/min，升温至500～600℃后保温3～6小时；

(d)煅烧结束后自然冷却至室温，即可得上述钾掺杂氮化碳光催化剂。

所述的钾掺杂氮化碳光催化剂的应用，用于光催化分解有机物。

包括以下步骤：向有机物染料溶液中加入所述的光催化剂，在光照或暗态下搅拌1-3小时，完成降解。

所述的有机物染料优选为甲基橙。

本发明的有益效果为：

在本发明中，通过简单的一步法直接制备了具有钾掺杂的氮化碳光催化剂，同时通过加入氯化铵使氮化碳的层间距变大，比表面积显著增加，从而增加了光催化反应中的活性位点，达到提高光催化活性的目的。在可见光照射下，实验中模拟工业印染废水的甲基橙溶液两小时降解率就可达到90％以上。

附图说明