[发明专利]一种Bi修饰g-C3

说明书

本发明涉及一种Bi修饰g‑C₃N₄光催化剂材料，其制备方法为将三聚氰胺均匀研磨并放入坩埚中煅烧，之后将产物在空气中在再加热2h，然后获得g‑C₃N₄纳米材料，并标记为CN纳米片；将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解在HNO₃溶液中，然后加入乙二醇并搅拌，然后将PVP添加到溶液中，直到所有固体均被溶解为止；完全溶解后，将一定量的所得CN纳米片加入上述溶液中；将混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，进行水热反应，反应结束后，自然冷却至室温，离心、洗涤、干燥，产物即为Bi修饰g‑C₃N₄。本发明的Bi修饰g‑C₃N₄光催化剂材料，其制作方法简易、成本低廉、重现性高，可见光下体现良好固氮性能。

技术领域

本发明涉及化学材料领域，具体涉及一种Bi修饰g-C₃N₄光催化剂材料及其固氮性能。

背景技术

氨(NH₃)是一种非常重要的化学原料，广泛用于农业，工业和医药领域。因此，N₂转化为NH₃是一个很重要的化学反应。众所周知，工业上主要利用Haber-Bosch工艺固氮，在钌或铁基催化剂上，N₂和H₂气体直接反应合成NH₃。但是，由于反应必须在高温和高压下进行，Haber-Bosch工艺消耗大量的能源，成本较高。因此，寻找一种低成本，低能耗的方法将N₂转化为NH₃是非常必要的。光催化还原固氮法，可以在常温常压下进行，因此，该方法具有条件温和，环境友好的和低能耗的优势，是一个很有前途的选择。由于N₂分子难活化，光还原固氮反应比其他光催化反应更具挑战性，因此，研究设计高效的光催化剂成为光还原固氮技术的关键。碳氮烯(g-C₃N₄)合成方法简便，无毒且具有合适的带隙(2.7eV)，是N₂光还原的较理想光催化剂。但是，g-C₃N₄的缺点是电子与空穴的复合率高，比表面积低，可见光吸收能力弱，以及对N₂的吸附活化能力差，因此，其光催化效率差。迄今，人们采用了很多方法以期提高g-C₃N₄的性能，例如元素掺杂，引入缺陷，设计异质结构和金属原子修饰等。据报道，金属(如银，金，铂)的修饰，可以有效地提高光催化性能，因为金属纳米粒子可以作为金属-半导体纳米复合物中的电子俘获位点，从而加速了电荷的分离。在已报道中，郭绍香等报道了一种Bi和B共掺杂SrWO₄/Ba-g-C₃N₄复合光催化剂的固氮性能，但材料合成过程成本高，且固氮性能仅能达到92μmol·g^-1·h^-1(申请公众号：CN112221529A)；本发明的Bi修饰g-C₃N₄固氮性能达到102.5μmol·g^-1·h^-1，是Bi和B共掺杂SrWO₄/Ba-g-C₃N₄的1.1倍，而本发明的光催化剂制备非常简单、成本很低，具有明显的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单易行、成本低廉、催化活性高的Bi修饰g-C₃N₄的改性及其固氮性能。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种Bi修饰g-C₃N₄光催化剂材料，其制备方法包括以下步骤：