光催化剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光催化领域，一种非金属液相掺杂制备B掺杂g-C3N4光催化剂的方法， 属于光催化材料产氢技术领域。
【背景技术】
[0002] 氢能在21世纪能源舞台上将成为一种举足轻重的能源，受到各国的重视。利用氢 能是解决我国能源问题和挑战的有效途径，同时也是实现我国可持续发展的重要保证，在 中国有着光明的前景。但是，氢是一个二次能源，目前制备氢的方法非常多，而通过太阳能 光解水制氢是一个既环保又经济的有效方法。
[0003] 在能源短缺和环境污染日益严重的今天，开发氢能具有非常重大的现实意义。各 国都已经在科学研宄上投入大量资金来解决未来能源供给结构问题，寻找新型的可再生能 源。自发现110 2光电化学能分解水产生H 2和0 2以来，科学研宄者为实现太阳能光解水制 氢一直在作不懈的努力。但到目前为止，人们所研制的光催化剂普遍存在电转换效率低、大 多仅能吸收紫外线，而紫外线在太阳光中仅占3%左右，最大的太阳光强度在500nm。因此 如何创制高效吸收和转换可见光的解水催化剂则成为该研宄领域中的当今主题，而如何实 现廉价而大规模制氢则成为今后的研宄重点和最终目标。
[0004] 聚合物半导体g_C3N4作为一种新型的非金属可见光光催化剂，因其具独特的具 有类似于石墨的层状结构和共轭电子结构、高催化活性、化学与热稳定性好、无毒且制备简 易、不含金属等特点，受到全世界研宄人员的关注，具有非常广阔的应用前景。但单体g_C 3N4 电子-空穴对复合率较高，导致其活性受到限制，故通过对光催化剂的修饰改性来提高光 催化活性成为研宄的热点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对非金属元素液相B掺杂可调控g-C3N4的形貌结构、提高介 孔数量、降低光生电子-空穴对的复合率等特点，通过简单的热解聚合反应提供了一种非 金属液相B掺杂修饰g-C 3N4光催化剂的制备方法。该方法生产成本低，操作工艺简单，且制 备的催化剂具有良好的光催化性能。
[0006] 本发明所提供的非金属液相掺杂修饰的B掺杂g_C3N4光催化剂是由尿素煅烧得到 的g-C 3N4在水溶液中经表面电荷改性剂PEI负载上正电后，再与四苯基硼阴离子充分吸附， 最后采用热解聚合方法合成。
[0007] 本发明所提供的一种非金属液相掺杂制备B掺杂g_C3N4光催化剂的方法，其特征 在于，包括以下步骤：
[0008] (1)将一定量的g_C3N4置于蒸馏水中超声0. 5?2h后，继续搅拌12?24h，使其 充分混合，得g_C3N4悬浮液。
[0009] (2)将一定量的聚乙稀亚胺（Polyethyleneimine, PEI)加入到上述g_C3N4悬浮液 中，搅拌1?3h，离心并倾倒上层清液后加等量的水，并充分搅拌，得CNP溶液。
[0010] (3)取上述CNP溶液，将配置好的四苯硼钠溶液逐滴滴入上述所取溶液中，并搅拌 1?3h后离心，将所得固体在60?80°C的温度下干燥8?12个小时，既得前驱体。
[0011] (4)将干燥后的前驱体研磨均匀后置于坩埚中，后置于马弗炉中在空气气氛煅烧， 煅烧温度为500°C?520°C升温速率为1°C /min?5°C /min，保温4小时后自然冷却，所得 粉末即为非金属液相掺杂修饰得到的B掺杂g-C3N4光催化剂。
[0012] 步骤⑴中，所述g_C3N4由尿素在空气中550°C煅烧制得，煅烧升温速率为10°C / min。优选 m(g_C3N4) :v(H20) = 10mg:lml。
[0013]步骤（2)中，优选m(g-C3N4) :m(PEI)= 10:1。
[0014] 步骤（3)中，四苯硼钠溶液的浓度为lmg/ml，四苯硼钠溶液：g-C 3N4比为（20-110) ml :0? 2g，优选 70ml :0? 2g。
[0015] 按照本发明方法所得非金属液相掺杂制备的B掺杂g-C3N 4的光催化剂。本发明方 法制备的非金属液相掺杂修饰的g-C3N4光催化剂用于光催化太阳能。
[0016] 本发明选用廉价的化工原料尿素为前驱体，以四苯硼钠为掺杂源，以聚乙烯亚胺 (Polyethyleneimine, PEI)为表面电荷改性剂，采用简单的热解聚合方法，成功制备了具有 可见光响应（>420nm)、热稳定和化学稳定性优越的有机聚合物半导体材料硼掺杂的碳氮化 合物（B-doped g-C3N4)，与纯的g-C3N4相比，该材料具有新颖的组织结构形貌（具有更多的 介孔数量），在制氢特性上表现出优越特性，在少量助催化剂及牺牲剂参与下，获得太阳光 照射下较快的产氢速率4280 y mol ? tT7g，低成本实现光催化太阳能转换新能源，具有很高 的应用前景。
[0017] 液相掺杂要优于固相机械掺杂，其中通过对g_C3N 4的非金属液相B掺杂修饰改性， 可提高介孔数量，抑制g_C3N4的光生电子和空穴的复合，提高g_C 3N4的光催化活性，这些优 点使g_C3N4在光催化和光解制氢领域的应用极具潜力，同时对g-C 3N4的工业化应用有着重 要意义。因此非金属液相掺杂改性g_C3N 4光催化剂的制备具有重要的意义。
【附图说明】：
[0018] 图1纯g_C3N4及实施例2、例4产物的X射线衍射曲线，其中a为纯g-C 3N4的X射 线衍射曲线，b、c分别为实施例2、例4产物的X射线衍射曲线。
[0019] 图2纯g-C3N4及实施例3产物的扫描电镜图像，其中a，b、c为纯g-C 3N4的扫面电 镜图像，d、e、f为实施例3产物的扫描电镜图像。
[0020] 图3实施例3中制备的CNPB-3样品的透射电镜图像。
[0021] 图4实施例（1?3)产物红外光谱曲线，其中a为实施例1产物的红外光谱曲线， b为实施例2产物的红外光谱曲线，c为实施例3产物的红外光谱曲线。
[0022] 图5实施例3产物的X射线光电子能谱分析图
[0023] 图6纯g-C3N4及实施例2、3产物在400nm光激发下的荧光光谱。
[0024] 图7实施例（1?4)光催化产氢量的曲线图。
[0025] 图8实施例（1?4)光催化产氢速率条形图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0027] 实施例1:
[0028] 准确称取2g的g-C3N4置于200ml的蒸馏水中超声0.5h后，继续搅拌12h，使其充 分混合，得g-C3N 4悬浮液。准确称取0. 2g的PEI加入到上述g-C 3N4悬浮液中，搅拌lh，离心 并倾倒上层清液后加一定量的水至200ml，并充分搅拌，得CNP溶液。取20ml的CNP溶液， 将20ml配置好的lmg/ml的四苯硼钠溶液逐滴滴入上述所取溶液中，搅拌lh后离心，将所 得固体在60°C的温度下干燥8个小时，既得前驱体。将干燥后的前驱体研磨均匀后置于坩 埚中，后置于马弗炉中在空气气氛煅烧，煅烧温度为500°C，升温速率为5°