一种高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂及其制备方法与应用

本发明属于环境催化新材料，尤其涉及一种高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、利用可见光和太阳光进行光催化已被证明在催化性能和成本效益方面是最有效的，而光催化剂的性能和能力可能会因光产生的电子-空穴对的重组而降低，从而限制了光谱响应。因此，设计和制造具有合适的能级、更高的稳定性和更低的复合的高效光催化剂是非常具有挑战性的。在常见的光催化剂中，g-c3n4是一种二维(2-d)聚合物半导体材料，并且它是一种热稳定性和化学稳定性都很高的非金属半导体物质。此外，g-c3n4通过光氧化还原过程产生h2。其带隙约为2.7ev，最佳吸收约为460nm(可见区)，具有适合水分裂的能带结构。然而，层内和层间虚弱的范德华力导致g-c3n4可见光吸收能力有限，比表面积较小，光催化反应活性位点较少，光生电荷的分离和利用能力低等问题，因此限制了g-c3n4的发展。为了以上问题，研究者们采取了许多方法来提高g-c3n4的光催化效率，例如与其他半导体复合，掺杂杂原子，构造缺陷，引入官能团，制备纳米结构，制备单层g-c3n4等。然而，上述改性氮化碳的方法一般比较复杂。

2、目前大多数辐照改性采用微波辐照，微波是一种频率介于红外线和无线电波之间的电磁波，因微波作用于化学反应表现出“神奇”的效果，引起了越来越广泛的关注。微波作用于化学反应因其特殊的加热方式和电磁场的特殊效应，使反应体系快速、均匀升温的同时引起体系中分子内部能级发生变化，导致化学反应具有快速、低能耗、高效率和绿色环保等特点。但目前仍具有许多不完善的地方：1、热量分布不均问题。由于微波辐射的特殊性质，使其加热效果存在不均匀性，热量分布存在温差甚至局部高温等问题，这也是限制微波加热应用的一个难点。2、微波使用寿命问题。由于微波在使用的过程中，会受到曲率半径、电磁辐射等影响，因此使用寿命是微波加热领域的一个关键点。3、微波加热对材料质量的影响问题。研究表明，微波加热对材料的化学组成和物理结构都有着一定的影响，如会导致晶体结构的改变、增加材料内部应力等问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂及其制备方法与应用，相比于传统的微波辐照，本发明具有更加良好的辐照改性效果，以克服上述现有技术中的不足。并且与传统的微波辐照相比，本发明采用高能电子束辐照，是利用在高压电场中加速后的电子射线照射物质，通过高能电子与物质的相互作用来电离和激励各种物质的分子，从而引发化学反应以改善材料的性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明的技术方案之一：

4、一种高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，利用高能电子束辐照对尿素溶液进行处理，然后通过焙烧制备氮化碳光催化剂。

5、进一步地，所述尿素溶液中的溶剂为甲醇、乙醇或者水，这类溶剂会影响氮化碳的内部结构，如有空位的生成，提高光生载流子的分离和传输效率，进而提高氮化碳的光催化产氢活性。

6、进一步地，所述高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将尿素加入到溶剂中，搅拌后得到尿素溶液，对所述尿素溶液进行高能电子束辐照，加热后获得氮化碳光催化剂前驱体，将所述氮化碳光催化剂前驱体进行焙烧，得到氮化碳光催化剂。

7、进一步地，所述尿素与溶剂的质量体积比为20g∶50ml。

8、进一步地，进行高能电子束辐照时，以15kgy/轮的形式照射至210kgy。

9、进一步地，所述加热的温度为100℃。

10、进一步地，所述焙烧的温度为550℃，时间为3h。

11、本发明利用在高压电场中加速后的电子射线照射物质，通过高能电子与物质的相互作用来电离和激励各种物质的分子，并且利用了电子与物质的相互作用。电子作用在被处理的材料中产生电离或者激发，释放出轨道电子，形成自由基等改变原来的分子结构，自由基或者其他激活态基团能构成新的分子形式，真正的作用在于破坏化学键的同时伴随生成新的化学反应，有机物分解或者原子错位等，从而引发化学反应以改善材料的性能。所以本发明利用高能电子束辐照先对溶液和尿素进行处理，然后通过焙烧制备的氮化碳光催化剂的催化性能，不仅远远优于未改性处理的氮化碳的催化性能，而且远大于先通过焙烧，再采用不同试剂处理后进行高能电子束辐照得到的氮化碳光催化剂的催化性能。

12、本发明的技术方案之二：

13、本发明还提供一种由上述方法制备的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂。

14、本发明的技术方案之三：

15、本发明还提供所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂在光催化产氢中的应用。

16、进一步地，在上述应用中，光催化产氢在可见光下进行。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

18、1)本发明高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，具有操作相对简单、成本低、可大批量制备等优点；

19、2)本发明所获得的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂具有较高的光生载流子分离效率和丰富的反应活性位点；

20、3)本发明所获得的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂展现了优异的可见光驱动的光催化产氢的活性和稳定性。

技术特征：

1.一种高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，利用高能电子束辐照对尿素溶液进行处理，然后通过焙烧制备氮化碳光催化剂。

2.根据权利要求1所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述尿素溶液中的溶剂为甲醇、乙醇或者水。

3.根据权利要求2所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将尿素加入到溶剂中，搅拌后得到尿素溶液，对所述尿素溶液进行高能电子束辐照，加热后获得氮化碳光催化剂前驱体，将所述氮化碳光催化剂前驱体进行焙烧，得到氮化碳光催化剂。

4.根据权利要求3所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述尿素与溶剂的质量体积比为20g∶50ml。

5.根据权利要求3所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，进行高能电子束辐照时，以15kgy/轮的形式照射至210kgy。

6.根据权利要求3所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为100℃。

7.根据权利要求3所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为550℃，时间为3h。

8.一种高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂，其特征在于，根据权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。

9.权利要求8所述的高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂在光催化产氢中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述光催化产氢在可见光下进行。

技术总结本发明公开了一种高能电子束辐照前处理改性的氮化碳光催化剂及其制备方法与应用，属于环境催化新材料技术领域，本发明利用高能电子束辐照对溶液和尿素进行处理，然后通过焙烧制备氮化碳光催化剂，本发明利用在高压电场中加速后的电子射线照射物质，通过高能电子与物质的相互作用来电离和激励各种物质的分子，从而引发化学反应以改善材料的性能，本发明利用高能电子束辐照先对溶液和尿素进行处理，然后通过焙烧制备的氮化碳光催化剂的催化性能，不仅远远优于未改性处理的氮化碳的催化性能，而且远大于先通过焙烧，再采用不同试剂处理后进行高能电子束辐照得到的氮化碳光催化剂的催化性能。技术研发人员：杨沛鑫,姜丽莎,孙鸿飞,郭献军,臧传云,杨磊,刘伟受保护的技术使用者：烟台大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29