【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化，尤其是指一种钴磷共掺杂的改进氮化碳材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、氮化碳(cn)，作为一种无金属的二维材料，因其卓越的平面内载流子迁移率、高催化活性位点以及易于实现的元素掺杂能力，展现出作为光催化合成过氧化氢(h2o2)的潜在候选材料的广阔前景。cn材料以其低成本、高化学稳定性和简易的制备工艺，赢得了科研和工业界的广泛关注。
2、尽管如此，cn材料在光生载流子的快速复合、太阳光吸收范围以及太阳光转化效率方面仍存在一定的局限性。为了克服这些挑战，采取杂原子掺杂策略，对cn材料进行改性，显示出巨大的潜力。这种策略不仅能够显著调节cn材料的能带结构，还能有效提升其对光的响应能力和光催化活性，进而增强其选择性。
3、通过精心设计的杂原子掺杂，cn材料的光催化性能得到了显著优化，使其在光催化产h2o2的应用中更具竞争力。这种材料的改进，为实现高效、经济、环保的光催化技术提供了新的思路和方法。
4、张金龙及其团队的突破性研究揭示了磷(p)掺杂对氮化碳(cn)材料能带结构的显著优化作用。这种优化不仅调整了cn的电子结构，还将过氧化氢(h2o2)的生成机制从单电子路径转变为更为热力学有利的双电子路径。结果表明，掺杂后的催化剂h2o2生成速率激增至1083μmol g-1h-1，这一数值是原始cn材料的近7倍，标志着其成为目前最活跃的光催化剂之一。
5、许辉等人采用磷酸钠辅助的高温煅烧技术，成功制备了磷氧改性的富氰氮化碳(cnop)。这种材料在可见光利用、电子反应途径优
6、在全球范围内，单原子催化剂(sacs)在光催化领域的应用引起了广泛关注。sacs以其孤立的金属原子作为催化中心，固定在具有不同配位环境的基底上，展现出卓越的催化活性、选择性和原子利用率。对于cn材料，通过将单个金属原子锚定在氮元素功能化的碳基质上，可以大幅提高其在催化反应中的潜力。氮原子与金属原子形成稳定的键合，优化活性位点，并改善金属单原子的电子环境。
7、王宁等人的研究进一步将钴单原子锚定在二维掺杂硫的氮化碳/还原氧化石墨烯(co-cn@g)异质结构上，实现了在天然海水中高效的h2o2光催化合成。这种单原子与异质结构的协同效应，不仅有效抑制了光生载流子的复合，还引入了光热效应，降低了氧还原和水氧化的反应能垒，加速了反应动力学。co-cn@g在无需牺牲剂的条件下，展现了卓越的光催化性能，为光催化技术的发展提供了新的方向。
8、在以上光催化技术的研究中，张金龙团队的磷掺杂氮化碳(cn)材料的研究，以及许辉等人的磷氧改性富氰氮化碳(cnop)的研究，均显示了显著的光催化活性提升。这些技术通过改变材料的能带结构和表面性质，提高了光生电荷的分离效率和反应动力学。然而，这些研究中的光催化过程通常需要牺牲剂来提高反应速率或选择性，这会增加成本和处理难度。
9、除此之外，尽管cn材料具有良好的化学稳定性，但在长期光催化过程中的稳定性和循环使用能力仍需进一步研究和改进。因为在长时间光照条件下保持高稳定性是实现商业化应用的关键。在实际环境条件下，如自然光变化、温度波动等因素可能会影响光催化剂的性能，需要进一步研究以确保在多变条件下的稳定性和效率。
10、因此，还需要在纯水条件下综合考虑材料设计、合成方法、结构调控以及与实际应用条件的匹配，以实现高效、稳定和经济的光催化合成h2o2技术。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种钴磷共掺杂的改进氮化碳材料及其制备方法与应用。本专利技术通过原位光沉积来制备钴磷元素掺杂改进的石墨相氮化碳(copcn)，该制备工艺过程简单，不仅提高了材料的合成效率，还为深入理解材料特性与性能之间的关系提供了新的视角。
2、本专利技术不需要使用牺牲剂，这降低了反应成本，简化了反应体系，并且可能减少了后续处理步骤。在纯水条件下进行的光催化反应，避免了对环境的潜在污染，符合绿色化学的原则。尽管没有使用牺牲剂，本专利技术的光催化体系仍然展现出高效的h2o2生成速率，这表明了材料本身具有优异的光催化活性。纯水条件下的光催化反应减少了化学添加剂的使用，更加环保。此外，由于其环境友好性和高效率，本专利技术的技术在水处理和绿色化学合成中有广泛的应用潜力。
3、本专利技术通过以下技术方案实现：
4、本专利技术第一个目的是提供一种钴磷共掺杂的改进氮化碳材料的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)将尿素进行热聚合反应，合成二维氮化碳纳米片；
6、(2)将步骤(1)制备所得二维氮化碳纳米片与次亚磷酸钠一水合物混合，研磨；然后在保护气氛下煅烧，得到磷化碳氮纳米片；
7、(3)将步骤(2)所得磷化碳氮纳米片分散在含有醇类的水溶液中，加入钴盐和次亚磷酸钠混合均匀，得到混合液；
8、(4)在保护气氛下，将步骤(3)所得混合液于氙灯下光照，以实现钴的原位沉积；将光照后的反应溶液进行洗涤和干燥，得到钴磷共掺杂的改进氮化碳材料。
9、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述二维氮化碳纳米片通过尿素进行热聚合反应得到；
10、和/或，所述热聚合反应为三段式煅烧：第一次升温至545℃～555℃保持3.92h～4.08h，降至室温；第二次升温至545℃～555℃保持0.92h～1.08h，降至室温；第三次升温至545℃～555℃保持0.92h～1.08h。
11、和/或，所述第一次升温的速度为1.5℃/min～2.5℃/min；所述第二次升温的速度为4.5℃/min～5.5℃/min；所述第三次升温的速度为1.5℃/min～2.5℃/min。
12、在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述二维氮化碳纳米片与次亚磷酸钠一水合物的的比例为24:51～49:26；优选为1:0.5。
13、在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述煅烧的条件为：295℃～305℃煅烧1.92h～2.08h。
14、在本专利技术的一个实施例中，，步骤(3)中，所述磷化碳氮纳米片与钴盐的质量比为49:11～51:9；优选为5:1。
15、在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述钴盐选自六水合氯化钴和/或六水合硝酸钴。
16、在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述醇类选自甲醇、乙醇和异丙醇等；所述醇类的含量为20％。本专利技术中优选为甲醇，甲醇相对于其他醇类相比具有一些独特的优势。首先，甲醇是一种强极性溶剂，其极性顺序在常见溶剂中是较高的，这使得它能够更好地溶解许多无机盐和有机化合物，从而有助于提高光催化反应的效率。
17、在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述光照的功率为295w～305w；时间为5min～15min。
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1.一种钴磷共掺杂的改进氮化碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二维氮化碳纳米片通过尿素进行热聚合反应得到；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维氮化碳纳米片与次亚磷酸钠一水合物的的比例为24:51～49:26。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧的条件为：295℃～305℃煅烧1.92h～2.08h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述磷化碳氮纳米片与钴盐的质量比为49:11～51:9。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述钴盐选自六水合氯化钴和/或六水合硝酸钴。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述光照的功率为295W～305W；时间为5min～15min。
8.权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到的钴磷共掺杂的改进氮化碳材料。
9.权利要求8所述的钴磷共
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述光催化中光源的波长为365nm～420nm。
...【技术特征摘要】
1.一种钴磷共掺杂的改进氮化碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二维氮化碳纳米片通过尿素进行热聚合反应得到；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维氮化碳纳米片与次亚磷酸钠一水合物的的比例为24:51～49:26。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧的条件为：295℃～305℃煅烧1.92h～2.08h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述磷化碳氮纳米片与钴...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘芹芹，陆春叶，柯丁山，
申请(专利权)人：苏州飞沃航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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