[发明专利]一种单原子银掺杂石墨相氮化碳催化剂的制备方法

说明书

本发明一种单原子银掺杂石墨相氮化碳催化剂的制备方法以尿素为前驱体，采用热聚合技术制备石墨相氮化碳，再以石墨相氮化碳为载体，硝酸银为银原子前驱体，罗丹明B为中间体，通过光沉积沉淀法制得单原子银掺杂石墨相氮化碳催化剂。本发明单原子银掺杂石墨相氮化碳催化剂中，银以原子形态分散于石墨相氮化碳框架中，所涉及载体为尿素热缩和的块体石墨相氮化碳，银的沉积过程涉及罗丹明B的降解，反应过程绿色环保。本发明单原子银掺杂石墨相氮化碳催化剂用于可见光降解罗丹明B，与块体石墨相氮化碳及石墨相氮化碳负载银颗粒纳米催化剂比较，单原子银掺杂石墨相氮化碳催化剂具有较高的催化活性，应用前景良好。

技术领域

本发明涉及一种单原子银掺杂石墨相氮化碳催化剂的制备方法，具体属于光催化剂氧化降解有机污染物的废水处理技术领域。

背景技术

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种二维非金属有机聚合物半导体，可通过三聚氰胺、尿素和硫脲等的热聚合而成。因其合适的带隙（～2.7 eV）、化学热稳定性高、电子结构独特而引起了人们的广泛关注。然而，g-C₃N₄的比表面积小、费米能级高、光生载体重组速度快导致其可见光吸收弱、太阳光利用率低、光催化性能差，严重限制了其实际化应用。近年来，单原子光催化剂在增强光捕获、电荷转移、提高金属原子利用率等方面展现出明显优势，成为光催化领域较活跃的研究方向。通过合成单原子掺杂g-C₃N₄催化剂，可以调整g-C₃N₄的费米能级，降低禁带宽度，单原子催化剂的设计是控制g-C₃N₄光催化活性和选择性的重要参数。例如，单原子银掺杂花状g-C₃N₄的四环素降解率高于单一g-C₃N₄，因为单原子银与C₃N₄间的协同效应提供特殊电子转移通道，致使催化剂的禁带宽度较小。([1] Linlin Sun, YibingFeng, Kai Ma, et al.. Synergistic effect of single-atom Ag and hierarchicaltremella-like g-C₃N₄: Electronic structure regulation and multi-channelcarriers transport for boosting photocatalytic performance[J]. Appl. Catal.B: Environ. 306 (2022) 121106. [2] Jiayu Xin, Fei Li, Zhen Li, et al..Controlling the band structure and photocatalytic performance of single atomAg/C₃N₄ catalysts by variation of silver concentration[J]. Inorg. Chem. Front.9 (2022), 302.)

银是一种常用的催化剂，具有优异的性能，易与g-C₃N₄的氮原子配合形成稳定的配合物，单个银原子可以稳定地固定在氮化碳的CN单元中。但单原子银在催化过程中由于与载体间的强相互作用使其不能充分保留催化活性，同时单原子也有团聚的可能。此外，已有的单原子催化剂一般需定向的制备方法，例如水热法、极化熔盐法、超声辅助组装法等。这些制备方法通常需要复杂的反应过程，例如水热反应，需要较长的反应时间及较高的反应温度。此外，多数用到还原剂，以及各种有机溶剂。“低温还原法”可得到负载型单原子银催化剂，这种合成方法在室温条件下进行，还原剂种类可控，所得催化剂降解甲醛效率高。([3]关超阳;郭文雅等人的一种负载型单原子银催化剂及其制备方法和应用（发明专利申请号: CN201911064848.X），但这种方法制备工艺复杂，能耗大，且需还原剂及多种有机溶剂，对环境易造成潜在压力不环保，致使其成本高，存在一定的缺陷。