[發明專利]一種氟改性硼碳氮光催化材料及其在高效還原二氧化碳中的應用

有效

• 申請號: 201810706266.6
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108855187B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 黃彩進;邢芳舒;劉秋文
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B32/40
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種氟改性硼碳氮光催化材料及其在高效還原二氧化碳中的應用，屬于光催化材料領域。所述氟改性硼碳氮光催化材料是將高溫熱聚合反應合成的石墨相硼碳氮與氟化鉀共同經熱處理反應而制成，其是一種無機非金屬共聚合材料，具有穩定性強、耐化學腐蝕、耐高溫、熱導好以及具有可見光響應等特征，可在可見光驅動下催化還原二氧化碳氣體，拓展了目前光催化還原二氧化碳的催化材料主要以（貴）金屬氧（或硫）化物為主而存在的成本高、不穩定以及會對環境造成污染等問題，且其制備方法簡單、原料廉價易得、低環境污染、容易大規模的工業生產，具備顯著的經濟和社會效益。

技術領域

本發明屬于光催化材料領域，具體涉及一種氟改性硼碳氮光催化材料及其在高效還原二氧化碳中的應用。

背景技術

目前，碳資源的循環利用已經得到國際社會的廣泛關注。利用光能驅動二氧化碳轉化，實現低密度太陽能到高密度化學能的存儲被認為是理想的綠色環保途徑，既可以緩解溫室效應，又可以應對能源危機現狀。目前關于光催化二氧化碳還原的催化材料研究主要集中在金屬氧化物或硫化物等半導體上，但是這些金屬化合物多存在效率低、可見光不響應、化學不穩定等一些問題，而且金屬化合物本身成本高，其使用還會造成環境二次污染。雖然當前已開發出多種非金屬光催化材料（氮化碳、氮摻雜石墨烯等），并進一步應用于光催化碳循環領域，但其光催化二氧化碳還原能力仍有很大的提升空間。因此，尋求和拓展高效的具有可見光響應的環境友好型非金屬類光催化材料，成為光催化二氧化碳轉化的一個重要課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氟改性硼碳氮光催化材料及其在高效還原二氧化碳中的應用，其可解決目前用于光催化還原二氧化碳的金屬化合物材料存在的低效性、高成本和環境污染等問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種氟改性硼碳氮光催化材料，其是采用高溫熱聚合方法合成石墨相硼碳氮，然后將其與氟化鉀均勻混合，經進一步熱處理制得所述氟改性硼碳氮光催化材料；其制備方法具體包括以下步驟：

（1）按質量比1:2:0.3分別稱取氧化硼、尿素和葡萄糖，將氧化硼、尿素和葡萄糖完全溶解于去離子水中，隨后于75℃、常壓條件下蒸干所有水分；

（2）將步驟（1）所得混合物置于剛玉瓷舟內，再將其置于臥式高溫管式爐里，在氨氣氣氛下以5℃/min的速度升溫到1250℃，再保溫反應5 h；

（3）將產物取出，用0.1mol/L的稀鹽酸清洗后，離心、烘干，得石墨相硼碳氮；

（4）將氟化鉀與所得石墨相硼碳氮按質量比0.2-0.6:1混合，研磨均勻后置于馬弗爐中，在空氣氛圍下以5℃/min的速度升溫到400℃，再保溫反應3 h；

（5）將產物取出用去離子水充分清洗后，抽濾、烘干，即得到氟改性硼碳氮光催化材料。

所得氟改性硼碳氮光催化材料可在可見光驅動下用于高效還原二氧化碳為一氧化碳。

本發明的顯著優點在于：

（1）本發明經簡單的熱處理方法，首次制備得到氟改性硼碳氮光催化材料，所得氟摻雜硼碳氮材料作為無機非金屬可見光光催化劑，具有效率高、穩定性好、無毒性、耐機械磨損、耐化學腐蝕、易保存、成本低等優點。

（2）本發明在高溫煅燒下合成硼碳氮三元化合物，再進一步通過氟的摻雜提高其光生載流子的分離及傳輸效率，延長激發態壽命，進而實現其在可見光下高效地催化還原二氧化碳。

（3）本發明氟摻雜硼碳氮光催化材料的制備方法簡單實用、原料廉價易得、低環境污染，并具有很好的可控性和重復性，有利于大規模工業生產，具有顯著的經濟和社會效益。

附圖說明

圖1為實施例1所得氟改性硼碳氮光催化材料的X射線晶體衍射圖。