[发明专利]一种红磷/石墨相氮化碳复合纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种红磷/石墨相氮化碳复合纳米片及其制备方法和应用。所述红磷/石墨相氮化碳复合纳米片是以单质红磷和体相氮化碳为原料，通过一步超声合成法制备得到。体相氮化碳在超声过程中在红磷的辅助作用下剥离成为氮化碳纳米片，同时红磷在超声中被粉碎成纳米红磷并负载在氮化碳纳米片上，形成红磷/石墨相氮化碳复合纳米片。该复合纳米片可作为光催化剂实现在宽光谱可见光下进行光催化杀菌的应用，同时也具备光催化产氢的能力。红磷的负载大大拓展了催化剂的可见光响应范围，提高了光催化杀菌效率，并且该催化剂不含任何金属成分，具有制备方法简单、成本低的特点，在环保及清洁能源生产领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种基于红磷和石墨相氮化碳的非金属复合纳米片催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

石墨相氮化碳具有独特的层状结构和优异的化学稳定性，近年来作为非金属光催化剂应用于光催化杀菌及产氢领域。然而其可见光响应范围低(响应波长在440nm以下)，严重制约其对整个太阳光谱的利用，因此进一步提高其可见光利用范围并提高其量子效率是亟待解决的问题。同时，单质红磷近年来被发现是一种优良的光催化材料，其可响应光范围达到了700nm左右，涵盖了大部分可见光谱，是最早发现的单质光催化杀菌催化剂，同时也具备光催化产氢的能力。然而其较小的带隙导致其具有较高的光生电子-空穴复合率，不利于光催化反应的进行。因此，将具有较宽带隙的石墨相氮化碳与单质红磷复合形成异质结，不仅可以解决石墨相氮化碳的光响应小的问题，同时由于异质结的形成降低了光生电子-空穴复合率，可以极大提高光催化量子效率和杀菌效率。

目前单质红磷和氮化碳的复合仅局限于体相材料的简单机械混合，但是对光催化性能的提升十分有限。研究表明将层状的体相石墨相氮化碳材料进行剥离形成纳米片，可进一步提高其光生电子-空穴分离率。因此，发展材料制备方法将单质红磷负载于石墨相氮化碳纳米片上可实现宽光谱响应的高电子-空穴分离率的复合催化剂。在此方面，超声合成法可将单质红磷粉碎形成纳米级红磷颗粒，可作为插层材料辅助石墨相氮化碳的液相剥离，超声的空化效应形成的局部高温高压可使纳米红磷同时以化学键结合负载于氮化碳纳米片上形成红磷/石墨相氮化碳复合纳米片。

截至目前，未见有关于红磷/石墨相氮化碳复合纳米片的制备方法及其在宽光谱响应光催化杀菌和产氢方面的相关研究和报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服单一的光催化剂在光响应范围及光催化性能方面的不足，发展红磷/石墨相氮化碳复合纳米片光催化剂，并提供一种经济便宜的一步合成法用以制备此催化剂，大幅降低应用成本。

本发明的目的是提供一种基于红磷和石墨相氮化碳的复合纳米片的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述方法制备得到的基于红磷和石墨相氮化碳的复合纳米片。

本发明的再一目的是提供上述基于红磷和石墨相氮化碳的复合纳米片的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种红磷/石墨相氮化碳复合纳米片，所述红磷/石墨相氮化碳复合纳米片由红磷和体相石墨相氮化碳相结合，采用超声合成法制得。

一种红磷/石墨相氮化碳复合纳米片的制备方法，包括以下步骤：

S1.选择合适前驱体，采用热聚合法制备体相石墨相氮化碳材料；

S2.采用水热法对红磷进行纯化处理；

S3.将体相石墨相氮化碳和纯化后的红磷加水混合后，进行超声处理，得到的悬浊液经离心、洗涤、烘干后即得红磷/石墨相氮化碳复合纳米片。

优选地，步骤S1所述前驱体为氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺、尿素或硫脲。

优选地，步骤S1所述热聚合法为以升温速度2～10℃/min在480～620℃恒温加热1.5～2.5小时。