[發(fā)明專利]一種磷摻雜石墨相氮化碳可見光催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410006789.1
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103769213A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王德松;張鑫鑫;羅青枝;李雪艷;安靜;殷蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 河北科技大學(xué)
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J27/24;A62D3/17;A62D101/26;A62D101/28
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 朱江嶺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種磷摻雜石墨相氮化碳可見光催化劑的制備方法，屬于環(huán)境凈化光催化劑材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光催化技術(shù)是一種在能源領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景的綠色技術(shù)，光催化氧化技術(shù)以半導(dǎo)體為催化劑，以光能為能源，將有機污染物降解為二氧化碳和水。自1972年發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦能在光照下分解水，納米半導(dǎo)體光催化技術(shù)引起了世界的廣泛關(guān)注，并被認為是最具發(fā)展前途和應(yīng)用前景的環(huán)境凈化技術(shù)。近年來，許多國內(nèi)外學(xué)者對金屬氧化物、硫化物、氮化物等多種類型的納米半導(dǎo)體材料進行了深入而廣泛的研究，但光催化劑的量子效率低、太陽光利用率低等問題仍未得到根本解決，制約著光催化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此尋找和合成新型的可見光誘導(dǎo)的高效光催化材料一直是光催化領(lǐng)域的重要課題。

最近，王心晨等（Xinchen?Wang?et?al.,A?metal-free?polymeric?photocatalyst?for?hydrogen?production?from?water?under?visible?light.Nature?Materials,2009,8:76-80）發(fā)現(xiàn)石墨相氮化碳在可見光照射下能分解水制氫，并且具有穩(wěn)定性好、廉價易得、結(jié)構(gòu)易于調(diào)控等優(yōu)點，是一類有潛力的新型可見光光催化材料。但受其結(jié)構(gòu)及帶隙限制，純石墨相氮化碳在實際應(yīng)用過程中有著自身無法突破的局限性，如禁帶寬度較大（2.7eV），光吸收主要集中在可見光區(qū)（λ＜450nm），對太陽光的利用率較低；光激發(fā)后產(chǎn)生的光生電子和空穴易于復(fù)合，光生載流子的效率低，光催化性能差等。

為了改善石墨相氮化碳的可見光催化活性和催化穩(wěn)定性，研究人員開展了一系列石墨相氮化碳的改性研究。Shubin?Yang（Shubin?Yang?et?al.,Exfoliated?graphitic?carbon?nitride?nanosheets?as?efficient?catalysts?for?hydrogen?evolution?under?visible?light.Advanced?Materials,2013,25:2452-2456）采用剝層法合成的石墨相氮化碳薄層厚約2nm，有較大的長寬比，較高的比表面積和碳氮比，這不僅有利于提供更多的制氫活性中心，并且能增加電荷傳輸和減少光激電荷載體的重組能力。Guigang?Zhang（Guigang?Zhang,Polycondensation?of?thiourea?into?carbon?nitride?semiconductors?as?visible?light?photocatalysts.Journal?of?Materials?Chemistry,2012,22:8083-8091）用雜原子調(diào)控?zé)峋酆虾铣傻牧驌诫s石墨相氮化碳半導(dǎo)體材料，增大了比表面積，硫的引入可以控制石墨相氮化碳網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的合成，加速石墨相氮化碳聚合的進程，控制加熱溫度可以生成納米尺寸，能合成有較好結(jié)構(gòu)、電子和光學(xué)性質(zhì)的氮化碳半導(dǎo)體材料。王心晨等（中國發(fā)明專利CN103272639A）制備了聚合改性石墨相氮化碳納米片可見光催化劑，該催化劑具有高比表面積，窄的帶隙寬度，快速的光生載流子分離、遷移能力。上述改性的可見光催化劑有效地提高了石墨相氮化碳比表面積、提供了更多的活性位置，改善對可見光的利用率、但是也限制了可見光的吸收與利用，對降解污染物的光催化活性提高有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種磷摻雜石墨相氮化碳可見光催化劑的制備方法。本發(fā)明制備的磷摻雜石墨相氮化碳具有良好的光催化活性及光催化穩(wěn)定性，以此法制備的可見光催化劑將在環(huán)境凈化光催化領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明的技術(shù)方案為，首先將三聚氰胺微粒分散于稀磷酸水溶液中，使磷酸分子均勻吸附在三聚氰胺微粒表面，然后加熱除去水，干燥后混合物經(jīng)程序升溫至520℃，使其發(fā)生縮聚等系列反應(yīng)后，產(chǎn)物經(jīng)冷卻、研磨，得到磷摻雜石墨相氮化碳可見光催化劑。

所述一種磷摻雜石墨相氮化碳可見光催化劑的制備方法主要包括下述步驟：

a.量取85%的濃磷酸2mL～8mL移入100mL容量瓶中，加去離子水配成濃度為0.292mol/L～1.17mol/L的稀磷酸溶液；