[发明专利]基于自组装氮化碳球/片同质异构结的共催化剂的制备方法

说明书

本发明属于光催化材料技术领域，涉及基于自组装氮化碳球/片同质异构结的共催化剂的制备方法。该制作方法包括(1)合成g‑C₃N₄微球；(2)合成g‑C₃N₄纳米片；(3)自组装g‑C₃N₄球/片同质异构结的制备；(4)金属沉积制备共催化剂。本发明的制备方法采用溶剂热和静电自组装的方法，获得全C₃N₄基同质异构结，在可见光下提高共催化剂的电荷分离效率，从而提高氢的析出速率。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及基于自组装氮化碳球/片同质异构结的共催化剂的制备方法。

背景技术

自从十九世纪工业革命以来，大量燃烧化石燃料在满足人们的能源需求的同时，导致了温室气体不断增加以及化石燃料的枯竭。全球变暖和不可再生资源的枯竭促使人们迫切寻找可替代的绿色能源。太阳能作为最大的能源资源，目前有两种利用方式：一种是太阳能的捕获和转换，另一种是太阳能的储存。其中，通过光催化技术将水转化为氢和氧，是一种将光能转化为化学能的简洁且环保的手段。氢作为绿色燃料源，在燃烧时不会产生任何温室气体，并且它具有最高的单位质量能量密度值(142兆焦耳/千克)，而汽油是47兆焦耳/千克，可以作为替代化石燃料的绿色能源。

光催化分解水可以分为四个主要步骤：(a)从阳光中吸收合适的光子能量；(b)通过在能带上激发电子来产生电子-空穴对；(c)电子-空穴对的分离和迁移以及(d)光催化剂表面上的还原和氧化反应。而这四个步骤都与光催化剂的能带结构和表面态相关。因此，开发一种同时具有良好的可见光光光催化效率、安全、廉价和化学稳定性的光催化材料是人们追求的目标。最近发现g-C₃N₄具有合适的可见光激发带隙(2.69ev)，高的热稳定性和耐化学腐蚀性，并且很容易地从廉价的前驱体如氰胺、尿素、甲胺等合成。虽然g-C₃N₄作为光催化剂很有应用前景，但其仍然存在一些缺点。首先，产生的电子-空穴对面临很高的复合率。其次，在光催化反应中，比表面积很小，对化学物质的吸附性差，因此表面反应的效率很低。针对g-C₃N₄材料的不足，科学家们提出了各种方法来提高其光催化性能。常用的方法有：对g-C₃N₄进行表面改性以增加比表面积、离子掺杂和负载贵金属共催化剂以降低光生载流子的复合。尽管人们对用g-C₃N₄形成异质结构来增强光催化分解水进行了广泛的研究，但对于用全C₃N₄的构筑同质结的研究还比较少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有g-C₃N₄比表面积小等缺陷，提出了基于自组装氮化碳球/片同质异构结的光催化剂的制备方法，采用溶剂热和静电自组装的方法设计并制备了一种由C₃N₄微球和纳米片组成的全C₃N₄基同质异构结，在可见光下提高共催化剂的电荷分离效率，从而提高氢的析出速率。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

本发明提供了一种基于自组装氮化碳球/片同质异构结的共催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)合成g-C₃N₄微球：将反应器中加入适量三聚氰氯和乙腈，将反应单体溶于乙腈中，混合均匀后，将反应器加热至180～220℃中，保持恒温反应，反应结束后，冷却降温；对冷却产物进行固液分离，洗涤固体后烘干，获得g-C₃N₄微球；