[发明专利]一种制备红色晶化氮化碳的方法、红色晶化氮化碳及应用

说明书

本发明提供一种制备红色晶化氮化碳的方法、红色晶化氮化碳及应用，方法包括步骤：氮化碳前驱体在氯化盐模板和共聚分子存在的条件下进行热聚合反应，制得红色晶化氮化碳。本发明解决了氮化碳光催化剂光吸收利用效率低和结晶性差的问题。由于制备所得的红色晶化氮化碳具有高结晶性和宽光谱响应等优势，可最大限度的利用太阳光，有望应用于大规模光催化分解水产氢、二氧化碳还原、氮气固定以及有机合成等反应。

技术领域

本发明涉及光催化材料的制备领域，尤其涉及一种制备红色晶化氮化碳的方法、红色晶化氮化碳及应用。

背景技术

聚合物半导体氮化碳(CN)，因其独特的半导体能带结构、优异的化学稳定性以及不含金属组分等优势，引起人们的广泛关注。与大多数共轭聚合物光催化剂一样，CN的半导体性质来源于大的π共轭体系，这很大程度上取决于其聚合度和结晶性。CN通常是由廉价易得的含氮前驱体，通过热聚合得到。然而，由于反应中间体的迁移率有限，传统的CN热聚合过程总是面临着不完全聚合的问题，导致了其无定型结构。在此非晶态结构中，相邻的一维聚合物庚嗪环链通过氢键连接形成二维排列(见图1)，严重阻碍了聚合物平面上的光生载流子转移。此外由于聚合物特有激子复合能高的性质，导致其光生电子-空穴复合严重和量子效率低。更重要的是，特定的能带结构决定了其太阳光利用范围仅仅到460nm和不到10％的太阳光能量，严重制约了在能源光催化领域的大规模推广应用。如图2所示，根据推算，太阳能-氢能的转换效率至少要达到10％以上才具有工业化应用价值。要实现10％的太阳能-氢能转换效率，半导体材料的光吸收范围要在520nm以上、且表观量子效率要达到100％。遗憾的是，普通的淡黄色CN是不可能达到这个要求的，到目前为止仍没有材料能够达到对太阳能-氢转换效率的最低要求。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于氮化碳结晶性和光吸收的不足，本发明的目的在于提供一种制备宽光谱响应和高结晶性氮化碳的方法，旨在解决现有普通淡黄色氮化碳光催化剂光吸收利用效率低和结晶性差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种制备红色晶化氮化碳的方法，其中，包括步骤：氮化碳前驱体在氯化盐模板和共聚分子存在的条件下进行热聚合反应，制得红色晶化氮化碳。

可选地，所述氮化碳前驱体、氯化盐模板和共聚分子的质量比在10:1:0.1～10:10:5之间。

可选地，所述热聚合反应的温度在400～650℃之间。

可选地，所述热聚合反应的时间在3～12h之间。

可选地，所述氮化碳前驱体为尿素、氰胺、双氰胺、硫脲或三聚氰胺。

可选地，所述氯化盐模板为氯化钾、氯化钠和氯化锂中的一种或多种。

可选地，所述共聚分子为草酸、丙二酸、醋酸、间苯三酚或巴比妥酸。

一种红色晶化氮化碳，其中，采用本发明所述的方法制备得到。

一种本发明所述的红色晶化氮化碳作为光催化剂的应用。

一种本发明所述的红色晶化氮化碳在光催化分解水产氢、二氧化碳还原、氮气固定以及有机合成中作为光催化剂的应用。

有益效果：本发明利用氮化碳前驱体在氯化盐模板和共聚分子存在的条件下进行热聚合反应，从而制得宽光谱响应和高结晶性的红色晶化氮化碳。本发明以宽光谱响应和高结晶性氮化碳作为光催化剂，可最大限度的利用太阳光，获得高的光催化分解水产氢活性，实现了太阳光的有效利用和捕获。

附图说明

图1为无定型氮化碳聚合物的分子结构图。

图2为太阳能-氢能转换效率、表观量子效率与吸收波长的关系对应图。