[發明專利]黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010024630.8
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111167497B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 胡俊蝶;陳操;李長明;郭春顯
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B15/01
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 楊慧林

本發明公開了一種黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料的制備方法，包括：將多孔石墨相氮化碳納米片酸化，得富氧多孔石墨相氮化碳納米片；將所述富氧多孔石墨相氮化碳納米片分散到含有二維黑磷薄片的有機溶劑中，超聲攪拌后，得黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料。本發明還公開了由所述的方法制備的黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料及其作為光催化劑的應用。本發明的黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料，由于其優異的可見光的響應性、高的載流子遷移率、表面暴露了更多的氧活性位點，使其對可見光有很強的吸收能力，催化產過氧化氫的效率高；并且具有合成步驟簡單的優點，在清潔能源生產方面具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，具體涉及一種黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

作為一種環境友好的氧化劑，過氧化氫(H₂O₂)被廣泛應用于有機合成、紙漿漂白、廢水處理和醫療消毒等領域。同時H₂O₂在應用于燃料電池時僅產生水和氧氣，因此也被視為一種無污染的清潔能源。由于在常溫常壓下H₂O₂呈液態且具有溶于水、可用于單室電極發電、便于儲存與運輸等優點，其作為替代氫的燃料電池能源載體也受到了廣泛關注。目前，工業生產中主要使用蒽醌法以大規模生產H₂O₂，其由于多步加氫和氧化反應而產生的高能耗而成為一種具有非綠色特征的合成方法。此外，有使用貴金屬及其合金催化劑從H2(g)和O₂(g)直接合成H₂O₂的方法，但由于含有H₂/O₂混合物的氣體具有爆炸性，所以具有一定危險性。因此科學家們一直在探索一種高效、綠色、經濟的H₂O₂合成方法，其中半導體光催化因具有清潔、一步合成、環境友好等優點而引起人們的關注。然而到目前為止，利用太陽能大規模合成H₂O₂還頗具挑戰。

在光催化制備H₂O₂領域，具有較好光催化活性的石墨相氮化碳材料脫穎而出，然而，石墨相氮化碳材料自身具有較多的缺點，如對可見光的吸收范圍較窄且吸收強度較弱、光生電子和空穴復合速率較快、載流子遷移率較低等，大大限制了其在可見光作用下制備H₂O₂的性能。近些年來，人們發現可以通過半導體材料異質結的構建來克服其上述缺點。黑磷，作為二維半導體材料的后起之秀，由于其較好的導電性和較強的可見光吸收而引起了人們的廣泛關注。此外，研究表明，半導體光催化材料表面的氧活性位點有助于制備H₂O₂性能的提升。因此，在石墨相氮化碳光催化劑表面引入更多的氧活性位點，以及對其進行異質結的構建來提升其產生H₂O₂的效率，是研究的重點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料，該復合材料由于優異的可見光的響應性、高的載流子遷移率、表面暴露了更多的氧活性位點，使其對可見光有很強的吸收能力，催化產過氧化氫的效率高。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料的制備方法，包括：

將多孔石墨相氮化碳納米片酸化使其表面暴露氧活性位點，得富氧多孔石墨相氮化碳納米片；

將所述富氧多孔石墨相氮化碳納米片分散到含有二維黑磷薄片的有機溶劑中，超聲攪拌后，得黑磷/富氧多孔石墨相氮化碳復合材料。

進一步地，所述多孔石墨相氮化碳納米片是以尿素為前驅體，通過煅燒法合成的。

進一步地，合成所述多孔石墨相氮化碳納米片時，尿素與水的質量比為1～2：2～5，該混合物在氧氣環境下煅燒，煅燒時間為4～8小時，煅燒溫度為400～600℃。