[发明专利]一种基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化复合材料制备技术领域；在本发明中，以双氰胺(DCNA)和三氯三嗪(CC)为前驱体，一步水热法制备得基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂；所述复合光催化剂极大的提高了光利用率、CO₂亲和性和载流子转移，在光催化还原CO₂向高附加值燃料转换中有着很好的应用。

技术领域

本发明属于光催化复合材料制备技术领域，具体涉及一种基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

现有的光催化剂电荷分离效率低，且表面活性位点不足，难以实现CO₂的高效光催化转化。石墨化氮化碳(g-C₃N₄)因其成本低、化学稳定性高、无毒性和独特的电子带结构而被认为是一种很有前途的CO₂还原光催化剂，但是g-C₃N₄载流子复合率高，带结构的局限性降低了其对CO₂的还原能力。

近年来，引入杂原子来改善光催化剂性能的技术受到了广泛的关注。在g-C₃N₄中掺杂非金属或金属元素来调节g-C₃N₄的分子电子结构和原始性质不仅能够改善光生载流子的分离，还能增强表面催化反应效率。在众多元素中，O原子具有与N和C原子相似的电负性和原子半径，这使得O原子很容易插入到g-C₃N₄的分子骨架中，形成多个含氧基团，含氧基团可通过促进电子转移和电荷分离来提高g-C₃N₄的活性。但是，现有技术中氧掺杂CN催化剂制备过程繁琐导致浪费时间和原料，并且制备的O掺杂CN的材料为无定型态，催化性能较差。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂及其制备方法和应用。在本发明中，以双氰胺(DCNA)和三氯三嗪(CC)为前驱体，一步水热法制备得基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂；所述复合光催化剂极大的提高了光利用率、CO₂亲和性和载流子转移，在光催化还原CO₂向高附加值燃料转换中有着很好的应用。

本发明首先提供了一种基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂，记为O-CN-x，其中x表示双氰胺DCNA和1,3,5-三氯三嗪CC的摩尔比，x=0.1~0.5；所述O-CN-x呈红色，为球状结构，稳定性好，分散均匀，光吸收能力强。

本发明中还提供了上述基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

将1,3,5-三氯三嗪（CC）溶于含双氰胺（DCNA）的乙腈中，室温下超声搅拌均匀，然后在180～220℃下水热反应，反应结束后冷却至室温，去离子水和乙醇洗涤，干燥，得到所述基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂。

进一步的，所述CC和DCNA的摩尔比为2~10:1。

进一步的，所述超声搅拌的时间为10~30min。

进一步的，所述水热反应的时间为22~28 h。

进一步的，所述干燥得条件为在60 ℃下真空干燥12 h。

本发明还提供了上述基于氧掺杂的氮化碳复合光催化剂在光催化还原CO₂转换高附加值燃料中的应用。

进一步的，所述高附加值燃料为CO和CH₄。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：