[发明专利]一种石墨相氮化碳纳米片负载银单原子光催化剂的制备及应用

说明书

本发明为一种石墨相氮化碳纳米片负载银单原子光催化剂的制备及应用，提供了一种单原子光催化剂Ag/g‑C₃N₄的制备方法以及应用，属于光催化材料制备技术领域；首先，通过多次煅烧的方法得到体相g‑C₃N₄纳米片；其次，通过浸渍吸附将Ag⁺吸附在g‑C₃N₄纳米片上，制备前驱体Ag⁺@g‑C₃N₄；最后，通过光沉积法在前驱体上原位锚定Ag原子，成功制备Ag/g‑C₃N₄光催化剂，可用于光催化分解水产氢领域；本发明通过简单的制备方法和操作流程制备了高效的单原子Ag/g‑C₃N₄光催化剂，并且具有高效的光催化产氢活性，是一种有效的分解水产氢光催化剂。

技术领域

本发明属于光催化材料领域。涉及一种在石墨相氮化碳纳米片上负载银单原子光催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，能源与资源的结构主要集中在煤、石油与天然气等不可再生能源，因此，解决能源和环境危机等问题迫在眉睫。光催化产氢技术直接利用太阳能分解水产生氢气，而太阳能是自然界中最丰富的资源之一，具有运行成本低、无污染等特点，为氢能取代化石燃料提供了可能性。近年来，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种廉价、无金属、可见光响应的二维共轭聚合物光催化材料而受到广泛关注。然而，传统的g-C₃N₄)的光生载流子重组严重，在改善光生载流子分离效率方面已有许多相关的研究报道。原子级分散的金属原子具有最大的原子利用率，单个金属原子与基底材料形成的特定配位结构，可以作为活性位点，在提高光生载流子分离效率的同时可以降低催化剂的制备成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳纳米片负载银单原子光催化剂及其制备方法，该光催化剂中的银单原子高度分散在石墨相氮化碳表面，呈原子级分散形式，具有非常高的光催化产氢活性。

本发明是通过以下技术手段来实现上述技术目的：

一种石墨相氮化碳纳米片负载银单原子光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a、将尿素盛入氧化铝坩埚中，在马弗炉中在550℃下进行煅烧1～4h处理，得到淡黄色固体粉末材料，研磨均匀后备用；

b、将步骤a中所得的淡黄色固体粉末材料置于去离子水中，充分搅拌，得到一个均匀分散的g-C₃N₄/水混合溶液；

c、逐滴加入AgNO₃溶液，使Ag的负载量控制在0％～2％(质量分数)；

d、将步骤c中加入AgNO₃的g-C₃N₄/水混合溶液进行超声处理，超声处理后得到均匀的淡黄色悬浮液；

e、将步骤d得到的淡黄色悬浮液经冷冻干燥后得到前驱体Ag⁺@g-C₃N₄；

f、将步骤e中的前驱体Ag⁺@g-C₃N₄溶于10％三乙醇胺溶液中，并在氮气氛围下，使用80W的LED灯源照射下进行搅拌，反应完全得到均匀的焦黄色悬浮液；

g、将步骤f中得到的焦黄色悬浮液经离心，用去离子水和乙醇洗涤，通过真空干燥得到银单原子负载的石墨相氮化碳纳米片光催化剂。

优选地，在步骤a中，首先，尿素在550℃下煅烧4h，降温到室温后再升温到550℃下煅烧1h，最后，再等其降至室温后，再次升温至550℃下煅烧1h。