[发明专利]一种碳掺杂无定形氮化碳光催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳掺杂无定形氮化碳光催化剂及制备方法，其中，光催化剂由生物质纤维和三聚氰胺经过煅烧形成。本发明采用纯天然碳源材料（生物质纤维）作为模板碳源，三聚氰胺作为合成氮化碳的前驱体，经过煅烧，即可制得高效的光催化剂。本制备方法所需设备要求低，原材料生物质纤维、三聚氰胺价格低廉容易得到，无需贵重加工合成设备和高温高压等反应装置，流程简单，符合绿色环保新能源的理念，适于大批量合成。

技术领域

本发明涉及光催化裂解水技术领域，尤其涉及一种碳掺杂无定形氮化碳光催化剂及制备方法。

背景技术

利用太阳光催化裂解水产生清洁能源氢气，是发展可持续绿色能源的有效途径。实现高效产氢，光催化剂需要满足以下三个主要方面：（1）半导体光催化剂有合理的带宽吸收最大的太阳光辐射；（2）实现光生载流子的有效分离，及光生载流子再结合率低；（3）有高的电导率实现光生电子的有效传输。此外，催化材料应该满足无毒、成本低易于获取且易于制备等要求。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是近年来被广泛关注和研究的一种有机半导体光催化剂。g-C₃N₄是层状二维材料，它具有合理的带宽（~ 2.7 eV），构成元素简单（C 和N），易于获取，化学和热稳定性高、无毒等优点。但原始g-C₃N₄的光催化产氢效率仍旧很低，它的催化效率受限于它对可见光利用率低，比表面积小，以及导电特性差。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳掺杂无定形氮化碳光催化剂及制备方法，旨在解决现有的光催化剂催化效率低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种碳掺杂无定形氮化碳光催化剂的制备方法，采用生物质纤维和三聚氰胺经过煅烧制备得到所述碳掺杂无定形氮化碳光催化剂。

所述的碳掺杂无定形氮化碳光催化剂的制备方法，其中，所述生物质纤维为木棉纤维或竹浆纤维。

所述的碳掺杂无定形氮化碳光催化剂的制备方法，其中，所述生物质纤维和所述三聚氰胺的质量比为0.005-0.1：1。

所述的碳掺杂无定形氮化碳光催化剂的制备方法，其中，将所述生物质纤维和所述三聚氰胺分散于有机溶剂中，然后蒸发所述有机溶剂，再进行煅烧，制备得到所述碳掺杂无定形氮化碳光催化剂。

所述的碳掺杂无定形氮化碳光催化剂的制备方法，其中，煅烧的温度为500-700℃。

所述的碳掺杂无定形氮化碳光催化剂的制备方法，其中，煅烧的时间为2.5-4h。

一种碳掺杂无定形氮化碳光催化剂，包括：碳化后的生物质纤维和生长于所述碳化后的生物质纤维上的掺碳的无定形氮化碳；所述碳掺杂无定形氮化碳光催化剂由如上所述的制备方法制备而成。

有益效果：本发明提供了一种如上所述的光催化剂的制备方法，本发明采用纯天然碳源材料（生物质纤维）作为模板碳源，三聚氰胺作为合成氮化碳的前驱体，经过煅烧，得到了一种碳掺杂无定形氮化碳光催化剂。所得外延生长的碳掺杂无定形氮化碳能够有效利用可见光，光生电子和空穴对能够实现快速分离并传输到界面，进而有效地提高光裂解水制备可再生能源氢气的性能，实现光催化产氢量达到十几倍的增加。本制备方法所需设备要求低，原材料三聚氰胺价格低廉容易得到，无需贵重加工合成设备和高温高压等反应装置，流程简单，符合绿色环保新能源的理念，适于大批量合成。

附图说明

图1为本发明制备的2.5CCN600的SEM图像。

图2为氮化碳CN600的SEM图像。

图3为木棉纤维的SEM图像。