[发明专利]一种三蝶烯改性石墨相氮化碳及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种三蝶烯改性石墨相氮化碳及其制备方法和应用。本发明提供了一种三蝶烯改性石墨相氮化碳，包括石墨相氮化碳和化学掺杂的三蝶烯。在本发明中，石墨相氮化碳中嗪环基元与三蝶烯共轭聚合后，石墨相氮化碳骨架上π电子的离域化程度升高，提高了石墨相氮化碳体相中载流子的分离、迁移和界面转移效率。而且，通过掺杂三蝶烯提高了三蝶烯改性石墨相氮化碳中的的碳含量，从而缩小了石墨相氮化碳的光响应带隙宽度，扩大了石墨相氮化碳的可见光吸收范围，利于提高三蝶烯改性石墨相氮化碳对太阳光的吸收能力，进一步提高了三蝶烯改性石墨相氮化碳的光催化反应效率。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种三蝶烯改性石墨相氮化碳及其制备方法和应用。

背景技术

能源危机和环境污染是当今世界各国面临的严峻挑战，光催化技术可以模拟植物的光合作用，利用光照射半导体产生光生空穴和电子来分解水产生清洁的氢能源，在解决能源短缺难题上表现出诱人的前景。几十年来，人们围绕光解水制氢催化剂展开了一系列的研究，开发了金属氧化物、硫化物、氮化物、磷化物等半导体光催化材料。然而，大部分半导体光催化材料的光催化产氢效率还不够高。

其中，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有良好的热稳定性和化学稳定性、带隙约2.7eV、能带结构合适、制备成本低廉、环境友好等优点，已成为全球范围内光催化研究领域的前沿和热点。但是该材料面临的最关键问题是光生电子-空穴对极易复合和光生载流子传输慢，在Pt作助剂和三乙醇胺作空穴牺牲剂的条件下，光催化产氢的量子效率仅0.1％(λ＝420～460nm)。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三蝶烯改性石墨相氮化碳及其制备方法和应用，本发明提供的三蝶烯改性石墨相氮化碳中载流子具有较高的迁移和界面转移效率，从而提高了光催化反应效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三蝶烯改性石墨相氮化碳，包括石墨相氮化碳和化学掺杂的三蝶烯。

优选的，所述三蝶烯的掺杂量为0.01～5wt.％。

优选的，所述石墨相氮化碳具有七嗪环的基本结构单元。

本发明还提供了上述技术方案所述三蝶烯改性石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

将多氨基三蝶烯和氰胺混合进行缩聚反应，得到所述三蝶烯改性石墨相氮化碳；所述多氨基三蝶烯含有三个以上氨基。

优选的，所述缩聚反应的温度为450～550℃，所述缩聚反应的保温时间为3.8～4.2h。

优选的，所述缩聚反应在保护气氛下进行，所述保护气氛包括氩气，所述氩气的流速为4.8～5.2mL/min。

优选的，所述多氨基三蝶烯和氰胺的质量比为0.1～50:1000。

优选的，所述多氨基三蝶烯包括2,6,14-三氨基三蝶烯、2,7,14-三氨基三蝶烯、1,7,13-三氨基三蝶烯、2,7,13-三氨基三蝶烯或2,3,6,7,14,15-六氨基三蝶烯。

优选的，所述氰胺包括单氰胺、双氰胺或三聚氰胺。

本发明提供了上述技术方案所述三蝶烯改性石墨相氮化碳或上述技术方案所述制备方法制备得到的三蝶烯改性石墨相氮化碳作为光催化材料的应用。