[发明专利]一种高结晶度硼碳氮催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高结晶度硼碳氮催化剂的制备方法及其应用。所述催化剂，具有较高的结晶度，结构缺陷少；所述高结晶度硼碳氮催化剂的制备方法包括：（1）将硼源、氮源、碳源和结晶促进剂按照比例研磨均匀；（2）将上述得到的混合物在氨气气氛中煅烧；（3）得到的固体粉末与稀硫酸混合，然后过滤，除去硼碳氮上未反应的杂质，水洗烘干，即得所述的高结晶度硼碳氮催化剂。本发明所采用的添加结晶促进剂的合成方法显著提高了硼碳氮的结晶度，工艺简单、成本低。所得催化剂用于光催化脱硫反应，表现出了良好的光催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种高结晶度硼碳氮催化剂及其制备方法和应用。属于材料制备领域。

背景技术

六方硼碳氮具有类似于石墨烯和六方氮化硼的六方层状结构，其性能介于石墨烯和六方氮化硼之间，因此其电子结构、性能和应用具有丰富的变化。自2015年以来，硼碳氮已被广泛地应用于多种光催化反应中，例如CO₂还原反应、有机转化反应和光催化水分解反应等。因此开发合成具有高效光催化活性的硼碳氮催化剂的方法受到了极大关注。目前已经报道了许多通过热分解含B、C和N的前驱体来合成硼碳氮的方法。然而，由于硼碳氮前驱体在氮化过程中存在氮化动力学问题和传质不良等问题，导致氮化不完全，使得硼碳氮共轭体系中存在大量的NH/NH₂和含氧基团。此外，由于硼碳氮网络中C-C和B-N键在热力学上比C-N 和B-C键更稳定，因此合成的硼碳氮有强烈的偏析成不同取向的富含碳和富含BN的纳米域的趋势，这会产生高度无序的结构。因此，合成的硼碳氮存在大量结构缺陷，结晶度差，通常以非晶或多晶结构存在。在光的照射下，这些结构缺陷位点会积累光生电子和空穴，从而不利于结构的稳定性并导致光照下的自氧化产生。与非晶/多晶材料相比，它们的高度结晶对应物具有高度的有序结构和更少的结构缺陷，这有利于提高光生载流子的迁移与分离效率，减少光生载流子的累积，从而促进光催化反应的进行。到目前为止，高结晶度的硼碳氮材料缺乏良好控制的合成方法，在很大程度上阻碍了硼碳氮材料的突出潜力的实现。因此，开发一种用于高结晶度硼碳氮的简便合成方法，进而提高其在光催化反应中的活性和稳定性是十分有意义的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种高结晶度硼碳氮催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面公开了一种高结晶度硼碳氮，所述高结晶度硼碳氮具有较高结晶度而非无定型或多晶，结构缺陷少，其中碳掺杂量为1wt% ~15wt%。

本发明第二方面公开了所述的高结晶度硼碳氮催化剂制备方法，包括以下步骤：

（1）将硼源、氮源、碳源和结晶促进剂按照比例研磨均匀；

（2）将步骤（1）得到的混合物在氨气气氛800-1200℃中煅烧4~16小时；

（3）将步骤（2）得到的固体粉末与稀硫酸混合，然后过滤，除去硼碳氮上未反应的杂质，水洗烘干后，即得所述的高结晶度硼碳氮催化剂。

上述步骤（1）中所述硼源、氮源、碳源、结晶促进剂的质量比为1:1~10:0.2~2:0.1~0.6。

上述步骤（1）中所述的硼源为硼酸和氧化硼中的一种或几种；所用的氮源为尿素、二聚氰胺和三聚氰胺中的任意一种或几种；所用的碳源为葡萄糖；所用的结晶促进剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、偏硼酸钠、四硼酸钠、碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾中的一种或几种。

本发明第三方面公开了所述的高结晶度硼碳氮催化剂用于光催化去除甲硫醇的用途。

本发明的显著优点在于：

(1)本发明制备成本低廉，制备工艺简单，条件温和可控。