[发明专利]一种具有二配位氮空位的氮化碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有二配位氮空位的氮化碳材料及其制备方法和应用。该制备方法采用氯离子对氮化碳的前驱体进行修饰，经过空气煅烧得到具有氮空位的氮化碳材料。相比于现有技术，本发明将氮化碳材料的前驱体通过氯离子进行修饰，再通过空气煅烧实现了氮空位的引入，同时调控氯离子浓度得到适合的氮空位引入浓度等条件，使得载流子生成后迅速有效分离，有效抑制了氮化碳材料载流子的复合。此外，氯离子的修饰能够明显降低二配位氮空位的形成能，从而能够选择性引入二配位的氮空位。氮化碳材料经氯离子修饰引入氮空位后在光催化活性上可提高20倍以上，并具有很好的稳定性。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种具有二配位氮空位的氮化碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，光催化水分解是非常有潜力的解决当今能源、环境问题的技术手段，氮化碳半导体材料由于其合适的能带位置可以实现全水分解反应，同时其还因催化效率高、稳定性好等特点而具有广泛的应用。然而，由于较差的光生电荷分离，氮化碳的光催化活性比较低。而在氮化碳骨架中引入氮空位被认为是一种有效的改性策略，不仅因其可以优化氮化碳的电子能带结构，促进光吸收能力，还可以作为电子捕获位点抑制电荷载流子复合，从而提升光生载流子的分离效率。目前，合成具有氮空位的氮化碳的方法主要为添加还原剂法，如氢还原、硼氢化钠还原和氢氟酸还原等。但是，这些方法对氮空位的类型和浓度的精确调控仍存在固有的不足。

发明内容

鉴于相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种具有二配位氮空位的氮化碳材料的制备方法，其能够实现对二配位氮空位的浓度的连续调控，显著提高氮化碳材料的催化活性。

为了实现上述目的，本申请提供一种具有二配位氮空位的氮化碳材料的制备方法，采用氯离子对氮化碳的前驱体进行修饰，经过空气煅烧得到具有氮空位的氮化碳材料。

进一步的，氯离子通过氯离子盐的形式进行修饰，所述氯离子盐为氯化钠、氯化锂和氯化钾中的至少一种。

进一步的，所述氮化碳的前驱体为三聚氰胺，所述氮化碳为石墨相氮化碳。

进一步的，采用氯离子对氮化碳的前驱体进行修饰的操作步骤包括：将前驱体三聚氰胺与氯离子盐溶液在90～100℃的油浴中进行加热回流，氯离子的浓度为0.3～4mmol/L，加热回流时间为2～5h，然后静置冷却，待白色固体析出后进行离心并烘干，即得到修饰后的前驱体。

进一步的，将修饰后的前驱体置于带盖的坩埚中，采用马弗炉进行煅烧，煅烧温度为500℃～700℃，煅烧时间为2～5h。

此外，本申请还提供一种具有二配位氮空位的氮化碳材料，由所述制备方法得到。

此外，本申请还提供一种具有二配位氮空位的氮化碳材料的应用，其应用于光催化水分解产氢和产氧。

进一步的，所述氮化碳材料光催化水分解条件为：300W氙灯作为光源，催化剂的质量为0.01～0.1g，水的用量为100mL，助催化剂的负载：Pt为0.1wt％，Co(OH)₂为0.2wt％。

进一步的，所述氮化碳材料光催化水分解在密闭的反应体系中，通过抽真空方式将体系变为真空状态，且该体系配备在线检测的气相色谱仪。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：本发明采用氯离子修饰对氮化碳材料的二配位氮空位进行调控，原料易得成本低廉、过程简单易于操作。其中，氮化碳材料的前驱体通过氯离子进行修饰，再通过空气煅烧实现了氮空位的引入，同时调控氯离子浓度得到适合的氮空位引入浓度等条件，使得载流子生成后迅速有效分离，有效抑制了氮化碳材料载流子的复合。此外，氯离子的修饰能够明显降低二配位氮空位的形成能，从而能够选择性引入二配位的氮空位。氮化碳材料经氯离子修饰引入氮空位后在光催化活性上可提高20倍以上，并具有很好的稳定性。

附图说明