[发明专利]一种温度调控双功能原子级分散金属的g-C3

说明书

本发明属于能源材料及光催化技术领域，提供一种温度调控双功能原子级分散金属的g‑C₃N₄光催化剂的制备方法，g‑C₃N₄作为金属原子级分散的载体，金属氯盐作为金属源，通过溶剂分散结合熔融盐法合成原子级分散金属的M‑g‑C₃N₄光催化剂，通过温度调控改变微观结构调整高效光解水产氢和光催化产生H₂O₂的选择性。本发明解决熔融盐法高温下难以搅拌的难点，通过溶剂法将金属前驱体与载体充分均匀混合，增高原子利用率。同时原料来源广、成本低廉，制备工艺简单，放大生产的可能性较大，工业化应用可能性较高。得到的M‑g‑C₃N₄催化剂在TEOA溶液中活性、稳定性远高于纯g‑C₃N₄与水热合成负载金属的g‑C₃N₄。

技术领域

本发明属于能源材料及光催化技术领域，具体涉及g-C₃N₄作为金属原子级分散的载体，金属氯盐作为金属源，通过溶剂分散结合熔融盐法合成原子级分散金属的M-g-C₃N₄光催化剂，通过温度调控改变微观结构调整高效光解水产氢和光催化产生H₂O₂的选择性及制备方法。

背景技术

自工业革命以来，随着社会的进步及工业化进程的推进，社会所需资源急剧增加，该过程伴随着大量化石能源的消耗，产生了一系列污染与能源匮乏问题。而氢气作为一种高能燃料及重要的化工产品受到了广泛的研究，但其制备方法污染严重，难以大规模制备，所以开发一种绿色方法产氢迫在眉睫[Hasija V.Applied Materials Today.2019,15:494-524.]。其中，以太阳能作为驱动力，使用海水作为原料，光解水产生氢气为科研人员所研究，开发一种使该过程顺利进行的催化剂是当前的研究热点，科研人员在催化剂研发方面展开了大量的研究。其中g-C₃N₄/H₂PtCl₆是目前主要的光催化分解水产氢体系，但是由于g-C₃N₄极高载流子复合、助催化剂Pt极高的成本及催化剂在可见光吸光性差等问题，无法大规模应用[Jana B.J.Am.Chem.Soc.2021,143(48),20122-20132.]。因此，开发低载流子复合、无Pt体系的光催化是研究的重要内容。

研究表明，通过将金属单原子(包括部分过渡金属及部分贵金属)负载至g-C₃N₄上可以极大的提高产氢活性。并且由于原子级分散的金属相较于纳米团簇经济性更强，同时由于尺缩效应对电子-空穴分离比较有帮助，受到广泛研究。原子级分散的金属单原子具有以下优点：通过将金属分散到到g-C₃N₄中，金属原子改变C、N电子云密度，有利于激子分离与迁移，同时提供新的反应位点，增强对反应物的吸附能力，有利于电子转移至反应物水分子上。例如Chen Zhiwei等人[Chen Z.Appl.Catal.B-Environ.2020,274:119117.]研究发现，负载Rh原子的g-C₃N₄降低生成H₂的吉布斯自由能，并增强了反应位点到水分子上的电子转移，进而增强了催化活性。但是，大量、高效的金属原子级分散的光催化剂的制备方法仍然比较少，需要进一步优化合成策略。更重要的是，目前非贵金属掺杂g-C₃N₄光催化剂的催化活性仍然较低，需要进一步提高活性。