[發(fā)明專利]一種可見光響應(yīng)氮化硼/氮化碳復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210098934.8
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114345394B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旺璽;孫長紅;王艷芝;梁寶巖;李啟泉;劉嘉霖
• 申請（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可見光響應(yīng)氮化硼/氮化碳復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。以尿素、硫脲、氮化硼納米顆粒為原料，經(jīng)前驅(qū)體法原位合成了氮化硼/氮化碳復(fù)合光催化劑，其中氮化硼納米顆粒負(fù)載于多孔薄紗狀氮化碳納米片表面，氮化碳結(jié)構(gòu)為g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/g?Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;無金屬同型異質(zhì)結(jié)。在本發(fā)明中，多孔結(jié)構(gòu)氮化硼納米顆粒的存在能顯著減小氮化碳帶隙寬（2.50ev）、增大催化劑比表面積（最高達(dá)100msupgt;2/supgt;/g），且每升亞甲基藍(lán)染料廢水（10?50mg/L）添加0.01?0.2g催化劑，150min降解95%，5次循環(huán)后降解效率為90%。本發(fā)明的復(fù)合光催化劑高效、穩(wěn)定性好、耐腐蝕，具有較好的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可見光響應(yīng)氮化硼/氮化碳復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于能源短缺和環(huán)境污染等問題，光催化技術(shù)受到廣泛關(guān)注。光催化降解技術(shù)是一種新興的綠色環(huán)保技術(shù)，具有能耗較低、反應(yīng)條件溫和、無需燃料運輸、安全有效等諸多優(yōu)點，可用于水中污染物降解、制氫和有機合成反應(yīng)等方面。

氮化碳（g-C₃N₄）是一種具有優(yōu)良熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的聚合物材料，黃色粉末，無毒，無污染，廉價易得，獨特二維平面共軛結(jié)構(gòu)，使其表現(xiàn)出優(yōu)良的物理化學(xué)特性。g-C₃N₄具有良好的有機半導(dǎo)體材料特性（禁帶寬度E=2.7?eV），適宜的能帶結(jié)構(gòu)使其在太陽能轉(zhuǎn)化方面具有極大的應(yīng)用價值，由g-C₃N₄制備的光催化材料在氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、碳-碳鍵的形成和環(huán)化反應(yīng)等領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用。如CN106140242A、CN106975510B介紹一種可見光響應(yīng)型氮化碳催化劑在光催化領(lǐng)域都有較大的應(yīng)用價值。

氮化硼（BN）納米材料，是一種直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙可調(diào)，高溫下使用而不發(fā)生失活，強腐蝕條件下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，多孔結(jié)構(gòu)，極好的抗?jié)B性，可用于改善g-C₃N₄光催化性能。專利CN106140242B公開了一種可見光響應(yīng)型氮化硼修飾氮化碳光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，其氮化碳為片層結(jié)構(gòu)，氮化硼呈紗狀附著在氮化碳片層表面。制備方法是先以尿素和硼酸為原料制備得到氮化硼，再將塊狀的氮化碳轉(zhuǎn)化為層狀氮化碳，后通過超聲輔助將氮化硼摻雜至氮化碳中，煅燒得到該催化劑。將氮化碳帶隙由2.7ev降到了2.59ev。專利CN110560122A公開了一種多孔碳材料、其制備方法及應(yīng)用。在該發(fā)明中，制備得到的多孔氮化碳材料比表面積較低，最高為36.4m²/g，添加0.2g多孔氮化碳降解200mL?10mg/L亞甲基藍(lán)溶液，降解180min后基本降解完全。專利CN106732727B公開了六方氮化硼修飾石墨化氮化碳復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，以石墨化氮化碳為載體，石墨化氮化碳上修飾有層狀六方氮化硼（六方氮化硼為市售）。在降解羅丹明B染料廢水時，每升染料廢水中添加復(fù)合光催化劑0.3-0.8g，羅丹明B濃度為10-50mg/L，5次循環(huán)后降解效率為95.3%。制備出的六方氮化硼修飾石墨化氮化碳復(fù)合光催化劑比表面積為34.69m²/g。

現(xiàn)有的氮化硼修飾氮化碳的催化劑，主要是用于降解羅丹明B染料，結(jié)構(gòu)如I所示，在降解羅丹明B時，降解率高，但催化劑自身存在氮化碳帶隙大、比表面積小、可見光利用率低的問題。本發(fā)明制備的可見光響應(yīng)氮化硼/氮化碳復(fù)合光催化劑用于降解亞甲基藍(lán)染料，結(jié)構(gòu)如II所示，，。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種可見光響應(yīng)氮化硼/氮化碳復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。通過本發(fā)明方法制備的復(fù)合光催化劑，氮化碳帶隙降低到2.50ev，比表面積相對于現(xiàn)有技術(shù)有了進(jìn)一步的提升，對可見光具有較高利用率，且在用于亞甲基藍(lán)染料廢水降解時，使用較小的催化劑量達(dá)到較高的降解效率和可循環(huán)性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：