[发明专利]一种碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳及其制备方法和应用，所述方法包括：将三聚氰胺和异烟酸先后加入到去离子水中，常温下磁力搅拌，形成混合分散液；将所述混合分散液进行水热反应，并将水热反应后的产物冷却至室温；将所述水热反应后的产物进行离心分离、洗涤和干燥处理，得到白色固体粉末；将所述白色固体粉末进行煅烧，冷却后得到碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳。本发明制备的碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳，可提高π电子密度，优化电子能带结构和表面性质；同时可显著增加比表面积，提供更多制氢活性位点，充分提高光子利用率。本发明的方法，原料易得、价格低廉、无毒无害、操作简单，在可见光照射下表现出高效的分解水制氢性能。

技术领域

本发明涉及半导体光催化材料应用技术领域，具体涉及一种碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳及其制备方法和应用。

背景技术

使用可再生的太阳能光催化分解水制氢技术可以把低密度的太阳能转化为高密度的绿色氢能，在解决能源短缺和环境污染领域具有巨大潜力。在半导体光催化分解水制氢体系中，开发制备高效可见光响应的光催化剂具有重要的科学与现实意义。氮化碳是一种非金属聚合物半导体材料，由于具有制备方法简单，可见光响应，化学和热稳定性高等特征而成为当前光催化分解水制氢材料的研究热点。然而，直接通过热聚合三聚氰胺、尿素、双氰胺等前驱体制备的氮化碳，存在制氢活性位点有限，可见光利用率低，光生载流子易复合等光催化分解水制氢的不利因素。为了改善上述本征缺陷，提高光催化性能，已经报道了缺陷控制、构建异质结、元素掺杂和形态设计等多种策略。其中，合适的元素掺杂会使氮化碳中的碳和氮原子不对称分布，拓展氮化碳组成单元七嗪环的π电子离域，从而可以调节能带结构、改善电子性能，提高光催化活性。此外，通过形貌调控不仅可以提高氮化碳的比表面积，增加活性位点，而且可以增加入射光在结构内部发生多重反射，提高光吸收，促进光生载流子的分离。因此，设计开发一种通过元素掺杂调控特殊形貌氮化碳的π电子密度实现光催化分解水高效制氢具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供一种碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳及其制备方法和应用，本发明首先利用三聚氰胺和异烟酸水热形成超分子前驱体，洗涤干燥后，通过管式炉加热得到碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳材料。本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将三聚氰胺和异烟酸先后加入到去离子水中，常温下磁力搅拌，形成混合分散液；

将所述混合分散液进行水热反应，并将水热反应后的产物冷却至室温；

将所述水热反应后的产物进行离心分离、洗涤和干燥处理，得到白色固体粉末；

将所述白色固体粉末进行煅烧，冷却后得到碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳。

进一步地，所述三聚氰胺和异烟酸的物质的量比为1～10：1。

进一步地，所述水热反应温度为180-200℃，反应时间为20-30h。

进一步地，所述离心分离的转速为6000-10000r/min。

进一步地，所述洗涤方法为分别使用去离子水和无水乙醇洗涤3次。

进一步地，所述干燥温度为60-80℃，干燥时间为6-10h。

进一步地，所述煅烧的温度为450℃～550℃；所述煅烧的时间为1-4h。

本发明还提供了一种碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳，所述碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳根据上述方法制备而成。

本发明也提供了一种碳掺杂的六棱多孔管状氮化碳的应用。

进一步地，应用在可见照射下光催化分解水制氢。

本发明的技术效果和优点：