本發(fā)明涉及石墨相氮化碳光催化劑，具體涉及一種經(jīng)氨氣預(yù)處理與溴化鉀協(xié)同改性的石墨相氮化碳基復(fù)合光催化劑及其制備方法和在可見光驅(qū)動下光催化制備過氧化氫（h2o2）中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、過氧化氫（h2o2）是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療消毒、化工合成及環(huán)境治理等多個領(lǐng)域。目前工業(yè)上生產(chǎn)過氧化氫的主要方法為蒽醌法，該方法存在能耗高、工藝流程復(fù)雜及環(huán)境污染嚴重等顯著缺陷，難以滿足綠色化工的發(fā)展需求。
2、相比之下，光催化合成過氧化氫技術(shù)具有突出優(yōu)勢：該技術(shù)直接以太陽能作為驅(qū)動力，無需額外能量輸入，具備顯著的節(jié)能性與經(jīng)濟性；同時，通過光生電子將氧氣（o2）直接還原為過氧化氫，反應(yīng)路徑簡單且環(huán)境友好，是極具發(fā)展?jié)摿Φ木G色合成技術(shù)。然而，當前光催化合成過氧化氫技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用仍受限于核心瓶頸——催化劑活性不足導(dǎo)致的過氧化氫生成速率低下。
3、石墨相氮化碳（g-c3n4）作為一種非金屬半導(dǎo)體光催化劑，因其具有優(yōu)異的可見光響應(yīng)特性、可調(diào)控的能帶結(jié)構(gòu)、獨特的二維共軛體系、良好的生物相容性以及低廉的合成成本等優(yōu)勢，在光催化領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。但體相g-c3n4材料存在本征性缺陷，具體包括比表面積有限、可見光吸收范圍狹窄以及光生載流子復(fù)合嚴重等問題，這些結(jié)構(gòu)性瓶頸導(dǎo)致其光催化效率難以滿足實際應(yīng)用需求。
4、為克服上述限制，研究者們開發(fā)了雜原子摻雜策略以調(diào)控g-c3n4的電子結(jié)構(gòu)，進而優(yōu)化其光電轉(zhuǎn)換性能。盡管現(xiàn)有雜原子摻雜技術(shù)在一定程度上提升了材料的光催化活性，但仍面臨摻雜效率不足、協(xié)同效應(yīng)有限等關(guān)鍵科學挑戰(zhàn)，制約了其在高效光催化體系中的進一步應(yīng)用。
5、因此，開發(fā)一種高效、可控的改性策略，以克服氮化碳材料本征缺陷、顯著提升其光催化性能，并拓展其在能源與環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和深度，成為當前光催化研究領(lǐng)域亟需突破的關(guān)鍵科學問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有石墨相氮化碳光催化劑活性不足、改性策略協(xié)同效應(yīng)差的問題，提供一種經(jīng)氨氣預(yù)處理與溴化鉀協(xié)同改性的氮化碳基復(fù)合光催化材料，同時提供該材料工藝簡單、條件溫和、成本低廉的制備方法，以及利用該材料在可見光驅(qū)動下高效、高選擇性制備過氧化氫的應(yīng)用方法，為高性能非金屬基光催化材料的開發(fā)提供新思路，推動光催化合成過氧化氫技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種改性氮化碳基復(fù)合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：
3、（1）將石墨相氮化碳在氨氣氣氛下進行煅燒，得到氨氣預(yù)處理氮化碳；
4、（2）將氨氣預(yù)處理氮化碳與溴化鉀按比例混合，在氮氣氣氛下再次煅燒得到改性氮化碳基復(fù)合光催化劑。
5、作為上述技術(shù)方案的進一步描述，步驟（2）中氨氣預(yù)處理氮化碳與溴化鉀的質(zhì)量比為0.4：(1～5)。
6、作為上述技術(shù)方案的進一步描述，步驟（2）中氨氣預(yù)處理氮化碳與溴化鉀的混合方式包括研磨混合。
7、作為上述技術(shù)方案的進一步描述，步驟（1）所述煅燒的升溫速率為8～12℃/min，煅燒溫度為480～520℃，煅燒時間為1～2h。
8、作為上述技術(shù)方案的進一步描述，步驟（2）所述再次煅燒的升溫速率為8～12℃/min，煅燒溫度為480～520℃，煅燒時間為2～4h。
9、本發(fā)明還提供一種改性氮化碳基復(fù)合光催化劑，通過上述制備方法制備得到，所述的改性氮化碳基復(fù)合光催化劑以石墨相氮化碳（g-c3n4）為基質(zhì)，通過“氨氣預(yù)處理與溴化鉀后處理相結(jié)合”的協(xié)同改性策略構(gòu)建形成“氰基（-c≡n）功能化與鉀離子（）摻雜協(xié)同”的獨特電子結(jié)構(gòu)調(diào)控體系，可有效促進光生電荷的高效分離與快速傳輸，顯著增強材料對氧氣（o2）的吸附與活化能力，進而在可見光驅(qū)動下實現(xiàn)對過氧化氫合成反應(yīng)的高效催化。
10、本發(fā)明還提供改性氮化碳基復(fù)合光催化劑在光催化制備過氧化氫中的應(yīng)用，
11、本發(fā)明還提供光催化制備過氧化氫的方法，具體為：將改性氮化碳基復(fù)合光催化劑與含有犧牲劑的水溶液混合后，在持續(xù)通入氧氣的條件下，經(jīng)氙燈輻照進行光催化反應(yīng)，得到過氧化氫。
12、作為上述技術(shù)方案的進一步描述，所述的犧牲劑為乙醇、異丙醇、甲醇或甲酸中的至少一種；水溶液中犧牲劑的體積分數(shù)為10%～20%。
13、作為上述技術(shù)方案的進一步描述，所述改性氮化碳基復(fù)合光催化劑的加入量為1～3?g/l；氙燈的光強為60～450?mw/cm2，波長>420?nm；光催化反應(yīng)的溫度為15～35℃，時間為1～6h。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
15、本發(fā)明創(chuàng)造性地開發(fā)了一種經(jīng)氨氣與溴化鉀協(xié)同改性的氮化碳基復(fù)合光催化劑，以石墨相氮化碳（g-c3n4）為基質(zhì)，通過“氨氣預(yù)處理結(jié)合溴化鉀后處理”的策略，成功構(gòu)建了“氰基（c≡n）功能化協(xié)同鉀離子（）摻雜”的電子結(jié)構(gòu)調(diào)控新體系，氨氣預(yù)處理優(yōu)化了材料結(jié)構(gòu)并引入了富氮反應(yīng)位點，隨后的溴化鉀熱處理在實現(xiàn)k+有效摻雜的同時，更關(guān)鍵地誘導(dǎo)生成了強吸電子的氰基官能團。該獨特結(jié)構(gòu)協(xié)同作用，顯著增強了催化劑的光吸收、促進了光生電荷的高效分離與快速傳輸，并顯著增強了材料對氧氣（o2）的吸附與活化能力。利用本發(fā)明的基復(fù)合光催化劑，能夠在可見光驅(qū)動下，選擇性地將水和氧氣轉(zhuǎn)化為過氧化氫，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，可重復(fù)使用，且其制備方法工藝簡單、條件溫和、成本低廉，滿足工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)需求。
16、實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的改性氮化碳基復(fù)合光催化劑，作為光催化劑在可見光驅(qū)動下光催化生產(chǎn)過氧化氫的速率高達3.824，是未改性石墨相氮化碳（g-c3n4）的48倍，遠超僅經(jīng)溴化鉀摻雜的氮化碳（1.846），且光催化反應(yīng)以太陽能為驅(qū)動力，原料為水和氧氣，環(huán)境友好，符合清潔能源合成與綠色化工的發(fā)展趨勢，在醫(yī)療消毒、化工合成、環(huán)境治理等相關(guān)領(lǐng)域具有重要的工業(yè)化應(yīng)用價值。
1.一種改性氮化碳基復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（2）中氨氣預(yù)處理氮化碳與溴化鉀的質(zhì)量比為0.4：(1～5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（2）中氨氣預(yù)處理氮化碳與溴化鉀的混合方式包括研磨混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述煅燒的升溫速率為8～12℃/min，煅燒溫度為480～520℃，煅燒時間為1～2?h。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述再次煅燒的升溫速率為8～12℃/min，煅燒溫度為480～520℃，煅燒時間為2～4?h。
6.一種改性氮化碳基復(fù)合光催化劑，其特征在于：通過權(quán)利要求1-5任一項所述的制備方法制備得到，所述改性氮化碳基復(fù)合光催化劑以石墨相氮化碳為基質(zhì)，具有氰基功能化協(xié)同鉀離子摻雜的電子結(jié)構(gòu)調(diào)控體系。
7.權(quán)利要求6所述的改性氮化碳基復(fù)合光催化劑在光催化制備過氧化氫中的應(yīng)用。
8.一種光催化制備過氧化氫的方法，其特征在于，具體過程為：將權(quán)利要求6所述的改性氮化碳基復(fù)合光催化劑與含有犧牲劑的水溶液混合后，在持續(xù)通入氧氣的條件下，經(jīng)氙燈輻照進行光催化反應(yīng)，得到過氧化氫。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光催化制備過氧化氫的方法，其特征在于：所述的犧牲劑為乙醇、異丙醇、甲醇或甲酸中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光催化制備過氧化氫的方法，其特征在于：所述改性氮化碳基復(fù)合光催化劑的加入量為1～3?g/l；氙燈的光強為60～450?mw/cm2，波長>420?nm；光催化反應(yīng)的溫度為15～35℃，時間為1～6?h。