[發明專利]一種氮化碳超薄異質結的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010130289.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111333042B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 沈少華;趙大明
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082;B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李曉曉

本發明公開了一種氮化碳超薄異質結的制備方法及其應用，將帶負電的超薄產氫g?C₃N₄在鹽酸水溶液中超聲、攪拌，加強g?C₃N₄的分散性，同時g?C₃N₄分子中含有豐富的?C?N?結構，這使其可以輕易被鹽酸質子化，從而帶上正電；然后將得到的帶正電的超薄產氫g?C₃N₄與帶負電的超薄產氧g?C₃N₄在水相環境中超聲、攪拌，利用正負電荷相互吸引的原理，即可將二者有效組裝起來，實現產氫半導體與產氧半導體的有效結合，從而成功構建用于光解水的超薄g?C₃N₄異質結。得到的超薄g?C₃N₄異質結光解水性能優異，分散性好，可穩定儲存。本發明方法簡單，可控性強，重復性好，原料廉價且來源廣泛，綠色安全環保，提高了生產效率，降低了生產成本，適合大規模生產。

技術領域

本發明屬于石墨相氮化碳材料領域，具體涉及一種氮化碳超薄異質結的制備方法及其應用。

背景技術

受自然光合作用啟發，基于半導體的Z型異質結體系被認為是實現光催化全分解水的最有效體系之一。此體系由兩種能帶結構匹配的半導體構成，其中導帶電位較低的半導體用于光催化產氫，價帶電位較高的半導體用于光催化產氧，載流子通過兩者結合處的界面定向傳輸，整體實現有序的氧化/還原反應循環。這種Z型體系將水分解過程分為兩個步驟，克服了單一半導體光催化劑在全分解水過程中的動力學和熱力學瓶頸，因而受到人們的廣泛研究。截至目前，已經成功發展了多種Z型光催化體系，如鈦酸鍶/釩酸鉍(J.Am.Chem.Soc.2017,139,1675-1683)，鈦酸鍶/三氧化鎢(J.Phys.Chem.C2017,121,9691-9697)，氮化鉭/三氧化鎢(Chem.Sci.2017,8,437-443)，金屬硫化物/二氧化鈦(J.Am.Chem.Soc.2015,137,604-607)，黑磷/釩酸鉍(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,2160-2164)等。這些Z型體系已經取得了一定的全分解水能力，但是由于載流子傳輸遲緩、氧化/還原反應驅動力低等問題，全分解水性能依舊有待提高。另外，這些Z型體系大多含有過渡金屬，制備成本往往較高，且易造成重金屬污染。因此，在光催化全分解水領域，由儲量豐富的非金屬元素構成的Z型體系逐漸展示出巨大的潛力，吸引了人們濃厚的研究興趣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氮化碳超薄異質結的制備方法及其應用，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種氮化碳超薄異質結的制備方法，將帶正電的超薄產氫g-C₃N₄與帶負電的超薄產氧g-C₃N₄在水相環境中進行靜電自組裝，之后蒸發去水即可得到用于光解水的氮化碳超薄異質結。

進一步的，進行靜電自組裝的帶正電的超薄產氫g-C₃N₄與帶負電的超薄產氧g-C₃N₄質量相同。

進一步的，水相環境采用去離子水。

進一步的，帶正電的超薄產氫g-C₃N₄與去離子水的質量比為1:(2000～5000)。

進一步的，將帶負電的超薄產氫g-C₃N₄與鹽酸水溶液按質量比為1:(300～500)混合，然后超聲、劇烈攪拌得到混合物A，然后將混合物A過濾水洗、真空干燥，即可得到帶正電的超薄產氫g-C₃N₄。