[发明专利]一种石墨相氮化碳能带调控方法

说明书

本发明公开了一种石墨相氮化碳能带调控方法，将待调控g‑C₃N₄与NaBH₄按照质量比(1～5)：1混合均匀，然后在300～600℃下煅烧0.5～2h，在300～600℃下使NaBH₄处于热分解温度，分解产生活性B³⁺和活性H^‑，其中B³⁺通过取代g‑C₃N₄中的C而进入g‑C₃N₄，即引入B掺杂；H^‑具有极高的还原性，使g‑C₃N₄中的部分N以NH₃的形式缺失，即引入N缺陷，利用B掺杂和N缺陷会降低g‑C₃N₄的导带和价带位置，从而缩小g‑C₃N₄的禁带宽度，同时B掺杂和N缺陷的引入可以相互促进，达到一个很高的引入密度，引起g‑C₃N₄电子结构的大幅改变，从而大幅调变g‑C₃N₄能带结构，本发明方法简单，对石墨相氮化碳的能带调控范围广，可控性强，重复性好，原料廉价且来源广泛，绿色安全环保，提高了生产效率，降低了生产成本，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于石墨相氮化碳材料领域，具体涉及一种石墨相氮化碳能带调控方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种新型非金属二维材料，其能带结构适合用于光催化分解水中的产氢和产氧两个关键半反应步骤，同时兼具前驱体来源丰富、合成方法简单、热稳定性良好、无重金属污染等诸多优点，因此被普遍视为具有广阔应用前景的光催化材料，在光催化分解水、人工光合成、有机污染物降解以及气体氧化/还原等领域具有重要的研究价值。

然而目前g-C₃N₄在光催化反应中仍然面临禁带宽度较宽的困扰。采用传统热解法合成的g-C₃N₄通常具有较宽的禁带宽度(2.70eV)，仅能吸收可见光中很少部分的短波长光。如何对其能带结构进行调控，进而拓宽可见光的吸收能力甚至提高氧化/还原电位，成为该领域的研究热点之一。目前采用的方法通常涉及多步操作以及苛刻的反应条件，实验过程危险且难以大规模应用(如利用纯氢气或氨气高温还原，Adv.Mater.2014,26,8046-8052；Adv.Funct.Mater.2015,25,6885-6892)。更重要的是，由于g-C₃N₄稳定的化学结构，目前的方法不能大幅调变g-C₃N₄的能带结构(Adv.Funct.Mater.2015,25,6885-6892；Appl.Catal.B 2019,240,64-71)，这样的能带调控方法很难真正有效地增强g-C₃N₄的光催化氧化/还原性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳能带调控方法，以解决现有技术中石墨相氮化碳能带调控方法操作难度大、安全隐患高、调变范围小、难以在缩小禁带宽度的同时提高氧化/还原电位等技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨相氮化碳能带调控方法，包括以下步骤：

步骤1)、将待调控g-C₃N₄与NaBH₄按照质量比(1～5)：1混合均匀得到混合物A；

步骤2)、将混合物A在惰性气体氛围下进行煅烧即可完成石墨相氮化碳的能带调控，煅烧温度为300～600℃，煅烧时间为0.5～2h。