CN110961133B - 非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非金属BCN/g‑C3N4范德华异质结光催化剂的制备方法及其应用，本发明中利用便捷高效的煅烧合成法将一步烧制出的BCN纳米片与g‑C3N4二次煅烧，使BCN纳米片复合到g‑C3N4表面，形成结构稳定的BCN/g‑C3N4范德华异质结光催化剂，实现在可见光下稳定高效的光解水制氢；本发明制备的BCN/g‑C3N4范德华异质结光催化剂具有较高的稳定性和可重用性；此外，本发明方法简单、成本低廉，绿色无毒，具有很高的实用价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料合成领域，涉及非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前，可再生太阳能驱动的光解水制氢技术，由于其廉价的能量来源、无毒、无污染、反应条件温和、稳定性强可重复使用等特点，被广泛应用于清洁能源开发领域，是一项很有发展前途的绿色可持续制氢技术。
目前多种能够作为光催化剂的光响应材料中，探究和开发的最多的为半导体型的光催化剂。半导体材料种类繁多，如二氧化钛，氧化锌，硫化镉，三氧化二铁等多种过渡金属氧化物和硫化物，其中二氧化钛具有较强的化学性质，无毒害，抗腐蚀性强，光催化活性高，性能稳定，但二氧化钛仅在紫外光下响应无法充分利用太阳能；氧化锌虽然光催化活性较高，价格低廉来源广泛，但是只能在紫外光下响应且易与酸碱发生反应而分解；硫化镉等硫化物在可见光下能够响应且光催化活性较高，但其在光辐射时不稳定，对生物有毒性，对环境有危害；三氧化二铁比表面积大与反应液接触面广，耐光性强不易分解，化学稳定性强，但其光生电荷迁移效率不高，吸收光的能力不足。此外，一些银基催化剂、卟啉材料等也有催化作用，虽然效果显著但在反应过程中会被消耗殆尽，且诸多组分对人体和环境有明显的毒副作用。
近年来，二维非金属半导体以其独特的物理和结构特性，在设计和制备高效光催化剂方面显示出巨大的发展潜力。由于成本低廉、地球资源丰富、环境友好等优点，氮化碳逐渐成为光催化水裂解或质子还原制取高效氢能的首要候选材料，而且g-C3N4具有较窄的禁带宽度（2.7 eV），能被可见光激发，对比二氧化钛、氧化锌，其对可见光具有更大的太阳光利用率。然而g-C3N4本身比表面积较小和载流子复合效率高，光催化活性较低。科研工作者采用多种改性方法来改进g-C3N4活性，如形貌调控、贵金属沉积、表面敏化、化学掺杂及半导体复合等，但是由于改性成本高，工艺复杂等原因，氮化碳依然难以广泛应用。
因此，开发一种低成本、简单高效的光催化材料仍然是亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用，本发明中利用便捷高效的煅烧合成法将一步烧制出的BCN纳米片与g-C3N4二次煅烧，使BCN纳米片复合到g-C3N4表面，形成结构稳定的BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂体系，可实现在可见光下稳定高效的光催化分解水制氢。
本发明首先提供一种非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂，所述催化剂为片状结构，催化剂中存在介孔，所述光催化剂中g-C3N4与BCN的质量比分别为100:0.1-0.7，所制备的样品分别被记为BCN/g-C3N4-a%（a=0.1-0.7，a%为催化剂中BCN的量与g-C3N4的量的百分比）。
本发明还提供一种非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
制备g-C3N4：
称取一定量尿素，放入干燥箱中80℃烘干10-24h，之后取出研磨至粉末状，装入坩埚，加盖，放入马弗炉中以500-600℃煅烧4h，升温速率为2-5℃/min。自然降温后，取出放入一定浓度的硝酸溶液里，搅拌过夜。然后进行洗涤抽滤，用去离子水洗至滤液的pH值为6-8，最后放入干燥箱中60-90℃烘干。
制备BCN纳米片：
称取2-3g氧化硼、4-6g尿素、0.6-0.8g葡萄糖放入石英研钵中研细，混合均匀，然后将混合物放入瓷舟中，加盖。将瓷舟放入管式炉中，在 N2保护下将混合物在1200-1300℃煅烧5h，升温速率为5℃/min。温度降至室温后将煅烧后产物取出，在一定浓度的盐酸溶液中酸洗过夜，洗涤至滤液pH值与去离子水一致，在80℃的干燥箱中烘干，即得到BCN纳米片。
制备BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂：
称取g-C3N4与一定量的BCN，在石英研钵中研细混计划，合均匀，转移到瓷舟里，放入管式炉中煅烧，所述煅烧条件为在N2保护下以2-5℃/min的升温速率加热到500-600℃，煅烧4h。自然降温后，得到BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂。其中g-C3N4与BCN的质量比分别为100:0.1-0.7，所制备的样品分别被记为BCN/g-C3N4-a%（a=0.1-0.7）。
本发明还提供所述非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂光催化制氢中的用途。具体的包括：
在封闭反应系统中进行光催化反应，将50mg BCN/g-C3N4催化剂均匀分散在100mlTEOA水溶液（浓度为20vol％、 pH=11.4）的中，然后加入3%的H2PtCl6·H2O（1.5ml，1mg/mlPt）水溶液。用真空泵抽去反应器内的空气，然后使用装配420nm滤光片的300W氙灯作为可见光源，使用在线气相色谱系统测定产生的H2的量。
本发明的有益效果：
本发明选择负载到石墨相氮化碳（Graphite phase carbon nitride，简称g-C3N4）表面，是由于其具有良好的光学性能和表面吸附特性，较窄的禁带宽度能够响应可见光，并且耐酸、碱、光腐蚀。g-C3N4的结构中具有活跃的基团，使得其能够与一些分子基团结合，这些活性基团负载到g-C3N4表面能够增加反应活性位点，提高电子传输速率，从而有效的阻止光生电子-空穴对的复合，提高光催化分解水制氢活性。
本发选择复合新型无机非金属半导体材料BCN纳米片，由于其具有可调节的带隙宽度和良好的稳定性等优点。
范德华作用力是存在于中性分子或原子之间的弱相互作用。范德华异质结是由不带电荷的二维层状材料通过剥离成单片或几片之后与其他的单片或几片二维材料在垂直方向上通过范德华作用力相互堆叠形成的异质结构，该异质结在原子尺度上几乎无变化，即使在层状材料中存在很大的晶格不匹配，也能保持组装材料的电子结构稳定。把不同二维材料通过弱范德华作用力人工组装在一起，可以实现单个材料所具备的新性质。石墨相氮化碳存在比表面积小，且光生电子空穴易重组的不足，而C掺杂BN（BCN）纳米片结构稳定，且表面较活跃。因此通过在g-C3N4表面修饰BCN来制备的非金属的2D/2D范德华异质结，解决了g-C3N4光催化活性位点少的问题，同时由于范德华异质结界面的存在，有效的抑制了光生电子空穴对的重新复合，增强了光催化性能。
液相去角质和热去角质是构建超薄g-C3N4纳米薄片的理想方法。本发明本着通过对g-C3N4二次煅烧热剥离的过程中将BCN引入的想法，成功制备出一种非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂。而且本发明通过简单的高温煅烧构造的范德华异质结，使光生载流子在范德华异质界面实现快速分离转移，从而改善g-C3N4光催化活性。
通过光催化产氢测试，不断调整BCN与g-C3N4复合的比例，最终确定g-C3N4与BCN的质量比分别100:0.1-0.7，其中g-C3N4与BCN的质量比分别100:0.5光催化产氢性能最优。通过精确控制g-C3N4与BCN复合的比例构建了BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂体系，通过在g-C3N4表面修饰BCN来制备非金属的2D/2D BCN/g-C3N4范德华异质结，在2D/2D BCN/g-C3N4范德华异质结中形成Z型电子转移机制，提高了光生载流子的转移和分离效率，所获得BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂具有较高产氢性能和稳定性。
本发明的技术方案与现如今存在的光催化分解水制氢技术的最大区别是通过一种便捷高效的方式使BCN纳米片能够有效地复合在g-C3N4表面，本发明运用了高温煅烧这种简单快速的方法来制备BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂，形成的BCN/g-C3N4复合体系可显著提高在可见光下分解水制氢的效率。且本发明方法简单、成本低廉，便于大规模生产，绿色无毒，符合环境友好要求。
附图说明
图1为 BCN、g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的XRD谱图。
图2 为BCN（a）、g-C3N4（b）、BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂（c）的TEM谱图和CN/g-C3N4-0.5% TEM EDX元素映射谱图（d），其中图d中B、C、N为检测出的三种元素。
图3 为 BCN、g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的紫外-可见漫反射吸收光谱图（a）及其相对应的估计带隙谱图（b）。
图4是不同比例的BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂的光催化分解水制氢性能图。
图5为g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的产氢循环性能图（a）和循环实验前后的XRD谱图（b）。
图6 是为g-C3N4（a）和BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的瞬态光电流-时间响应谱图和阻抗谱图（b）。
图7 为g-C3N4（a）和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂（b）的N2吸脱附曲线和孔径分布谱图。
具体实施方式
以下通过各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明所述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：制备BCN/g-C3N4-0.1%范德华异质结光催化剂及其光催化制氢
（1）制备g-C3N4
称取100g尿素，放入干燥箱中80℃烘12h后取出，研磨至粉末状，装入坩埚，加盖，放入马弗炉中以550℃煅烧4h，升温速率为2.5℃/min。自然降温后，将煅烧后的产物取出放入 300mL 1.5M的硝酸溶液里，搅拌12h。然后进行洗涤抽滤，用去离子水洗至滤液的pH值与去离子水一致，最后放入干燥箱中80℃烘干。
（2）制备BCN纳米片
称取2g氧化硼、4g尿素、0.6g葡萄糖放入石英研钵中研细，混合均匀，然后将混合物放入瓷舟中，加盖，放入管式炉中，在N2保护下将混合物在1250℃煅烧5h，升温速率为5℃/min。温度降至室温后将煅烧后产物取出，在1M盐酸溶液中酸洗12h，之后用去离子水洗涤滤液直至其pH值与去离子水一致，在80℃的干燥箱中烘干，即得到BCN纳米片。
（3）制备BCN/g-C3N4-0.1%范德华异质结光催化剂
称取1g 步骤（1）中制备的g-C3N4 与0.001g的BCN纳米片，在石英研钵中研细，转移到瓷舟里，将瓷舟放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min的升温速率加热到500℃，煅烧4h，即得到BCN/g-C3N4-0.1%光催化剂。
（4）BCN/g-C3N4-0.1%范德华异质结光催化剂光催化制氢
在总体积约为250mL的封闭反应系统中进行光催化反应，将50mgBCN/g-C3N4-0.1%催化剂均匀分散在100mL 20vol％ pH 11.4的TEOA水溶液中，然后加入3%的H2PtCl6·H2O（1.5mL，1mg/mL Pt）水溶液。用真空泵抽去反应器内的空气，然后使用装配有420nm滤光片的300W氙灯作为可见光源，使用在线气相色谱系统测定产生的H2的量。
实施例2：BCN/g-C3N4-0.3%范德华异质结光催化剂的制备和光催化制氢
步骤（1）-（2）同实施例2中。
（3）制备BCN/g-C3N4-0.3%范德华异质结光催化剂
称取1g 步骤（1）中制备的g-C3N4与0.003g的BCN纳米片，在石英研钵中研细，转移到瓷舟里，将瓷舟放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min的升温速率加热到500℃，煅烧4h，得到BCN/g-C3N4-0.3%光催化剂。
（4）BCN/g-C3N4-0.3%范德华异质结光催化剂光催化制氢
在总体积约为250mL的封闭反应系统中进行光催化反应，将50mg BCN/g-C3N4-0.3%催化剂均匀分散在100mL 20vol％ pH 11.4的TEOA水溶液中，然后加入3%的H2PtCl6·H2O（1.5mL，1mg/mL Pt）水溶液。用真空泵抽去反应器内的空气，然后使用装配有420nm滤光片的300W氙灯作为可见光源，使用在线气相色谱系统测定产生的H2的量。
实施例3：BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的制备和光催化制氢
步骤（1）-（2）同实施例2中。
（3）制备BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂
称取1g 步骤（1）中制备的g-C3N4与0.005g的BCN纳米片，在石英研钵中研细，转移到瓷舟里，将瓷舟放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min的升温速率加热到500℃，煅烧4h，得到BCN/g-C3N4-0.5%光催化剂。
（4）BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂光催化制氢
在总体积约为250mL的封闭反应系统中进行光催化反应，将50mgBCN/g-C3N4-0.5%催化剂均匀分散在100mL 20vol％ pH 11.4的TEOA水溶液中，然后加入3%的H2PtCl6·H2O（1.5mL，1mg/mL Pt）水溶液。用真空泵抽去反应器内的空气，然后使用装配420nm滤光片的300W氙灯作为可见光源，使用在线气相色谱系统测定产生的H2的量。
实施例4：BCN/g-C3N4-0.7%范德华异质结光催化剂的制备和光催化制氢
步骤（1）-（2）同实施例2中。
（3）制备BCN/g-C3N4-0.7%范德华异质结光催化剂
称取1g 步骤（1）中制备的g-C3N4与 0.007g的BCN纳米片，在石英研钵中研细，转移到瓷舟里，将瓷舟放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min的升温速率加热到500℃，煅烧4h，得到BCN/g-C3N4-0.7%光催化剂。
（4）BCN/g-C3N4-0.7%范德华异质结光催化剂光催化制氢
在总体积约为250mL的封闭反应系统中进行光催化反应，将50mgBCN/g-C3N4-0.7%催化剂均匀分散在100mL 20vol％ pH值为11.4的TEOA水溶液中，然后加入3%的H2PtCl6·H2O（1.5mL，1mg/mL Pt）水溶液。用真空泵抽去反应器内的空气，然后使用装配420nm滤光片的300W氙灯作为可见光源，使用在线气相色谱系统测定产生的H2的量。
实施例5：制备BCN/g-C3N4-0.7%范德华异质结光催化剂
（1）制备g-C3N4
称取100g尿素，放入干燥箱中80℃烘10h后取出，研磨至粉末状，装入坩埚，加盖，放入马弗炉中以500℃煅烧4h，升温速率为2℃/min。自然降温后，将煅烧后的产物取出放入300ml 1.5M的硝酸溶液里，搅拌12h。然后进行洗涤抽滤，用去离子水洗至滤液的pH值与去离子水一致，最后放入干燥箱中90℃烘干。
（2）制备BCN纳米片
称取2.5g氧化硼、5g尿素、0.7g葡萄糖放入石英研钵中研细，混合均匀，然后将混合物放入瓷舟中，加盖，放入管式炉中，在N2保护下将混合物在1200℃煅烧5h，升温速率为5℃/min。温度降至室温后将煅烧后产物取出，在1M盐酸溶液中酸洗12h，之后用去离子水洗涤滤液直至其pH值与去离子水一致，在80℃的干燥箱中烘干，即得到BCN纳米片。
（3）制备BCN/g-C3N4-0.7%范德华异质结光催化剂
称取1g 步骤（1）中制备的g-C3N4 与0.007g的BCN，在石英研钵中研细，转移到瓷舟里，将瓷舟放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min的升温速率加热到550℃，煅烧4h，即得到BCN/g-C3N4-0.7%光催化剂。
实施例6：制备BCN/g-C3N4-0.7%范德华异质结光催化剂
（1）制备g-C3N4
称取100g尿素，放入干燥箱中80℃烘12h后取出，研磨至粉末状，装入坩埚，加盖，放入马弗炉中以600℃煅烧4h，升温速率为5℃/min。自然降温后，将煅烧后的产物取出放入300ml 1.5M的硝酸溶液里，搅拌12h。然后进行洗涤抽滤，用去离子水洗至滤液的pH值与去离子水一致，最后放入干燥箱中80℃烘干。
（2）制备BCN纳米片
称取3g氧化硼、6g尿素、0.8g葡萄糖放入石英研钵中研细，混合均匀，然后将混合物放入瓷舟中，加盖，放入管式炉中，在N2保护下将混合物在1300℃煅烧5h，升温速率为5℃/min。温度降至室温后将煅烧后产物取出，在1M盐酸溶液中酸洗12h，之后用去离子水洗涤滤液直至其pH值与去离子水一致，在80℃的干燥箱中烘干，即得到BCN纳米片。
（3）制备BCN/g-C3N4-0.7%范德华异质结光催化剂
称取1g 步骤（1）中制备的g-C3N4 与0.007g的BCN，在石英研钵中研细，转移到瓷舟里，将瓷舟放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min的升温速率加热到600℃，煅烧4h，即得到BCN/g-C3N4-0.7%光催化剂。
对比例1：制备超薄g-C3N4光催化剂及其光催化制氢
（1）制备g-C3N4
称取100g尿素，放入干燥箱中80℃烘干12h，之后取出研磨至粉末状，装入坩埚，加盖，放入马弗炉中以550℃煅烧4h，升温速率为2.5℃/min。自然降温后，将煅烧后产物取出放入300ml 1.5mol/L的硝酸溶液里，搅拌12h。之后进行洗涤抽滤，用去离子水洗涤滤液直至其pH值与去离子水一致，然后放入干燥箱中80℃烘干。
（2）制备超薄g-C3N4
称取1g步骤（1）中制备的 g-C3N4，在石英研钵中研细，转移到瓷舟里，然后放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min的升温速率加热到500℃，煅烧4h，即得到超薄g-C3N4光催化剂。
（3）超薄g-C3N4催化剂光催化制氢
在总体积约为250mL的封闭反应系统中进行光催化反应，将50mg超薄g-C3N4催化剂均匀分散在100mL 20vol％ pH 11.4的TEOA水溶液中，然后加入3%的H2PtCl6·H2O（1.5mL，1mg/mL Pt）水溶液。用真空泵抽去反应器内的空气，然后使用装配有420nm滤光片的300W氙灯作为可见光源，使用在线气相色谱系统测定产生的H2的量。
本发明中，利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜、光电流、阻抗、N2吸附-脱附等温线（BET）等手段对BCN/g-C3N4复合体系进行表征。结果如下所述：
图1是BCN、g-C3N4、BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的XRD谱图，从图中可以看出，BCN复合在g-C3N4表面之后峰的位置基本不变，这是因为BCN的复合没有改变g-C3N4原本的结构；但是主峰的位置稍有偏移，这是因为BCN与g-C3N4的复合使得BCN/g-C3N4的晶面间距减小。
图2是BCN、g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的TEM谱图以及BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂TEM EDX元素映射谱图。图a是BCN的TEM谱图，从中可以看出BCN纳米片是类似于单层石墨烯的片状结构；图b是g-C3N4的TEM谱图，从中可以看出g-C3N4 是2D纳米片状结构；图c是BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的TEM图，从中可以看出BCN纳米片附着在g-C3N4纳米片表面，从而确定形成了2D/2D范德华异质结；图d是BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂 TEM EDX元素映射谱图，从中可以看出检测出了B、C、N三种元素，这是由于BCN和g-C3N4的成功杂化。
图3是BCN、g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的紫外-可见漫反射吸收光谱图及其相对应的估计带隙谱图。图a是BCN、g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的紫外-可见漫反射吸收光谱图，从中可以看出BCN纳米片在整个紫外-可见光（UV-vis）光区表现出强烈的光吸收，而g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂样品有明显的可见光响应，其吸收边缘约为432 nm。图b是BCN、g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的估计带隙谱图，从中可以看到BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂与g-C3N4具有相同的带隙，这意味着g-C3N4和BCN是通过范德华相互作用复合的，而不是化学键，因为强烈的化学键合通常会导致能带位置的变化。此外，BCN对CN的范德华相互作用耦合效应较弱，导致可见光收获范围从~432 nm到~800 nm明显增大，有利于提高光催化制氢活性。
图4为实施例1-5中所制备的不同比例的BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂的光催化分解水制氢性能图。从图中可以看出，BCN/g-C3N4复合体系的制氢性能随着催化剂中BCN复合的量的增加而逐渐增大，当BCN的复合量为0.5%时（BCN/g-C3N4-0.5%），产氢量可达到最高值3352μmol·h-1·g-1。相比于纯g-C3N4（产氢量为1298.8μmol·h-1·g-1）来说，产氢量提高了2.6倍，产氢性能得到了大幅度提高。但随着BCN复合量的增加，产氢量反而出现大幅的下降，说明复合过多的BCN反而会使g-C3N4对光的收集产生屏蔽作用。
图5为g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的产氢循环性能图和循环实验前后的XRD谱图。其中，图a是g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的产氢循环性能图，从中可以看出，在进行14组56个小时循环运行后，BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的产氢量没有明显下降，这证明了BCN/g-C3N4范德华异质结具有优异的稳定性和可重复使用性。此外，图b为对循环反应后的BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂样品进行X射线衍射（XRD）表征的XRD谱图。显然，如图b所示，BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的结构在循环前后没有明显变化，进一步表明，所制备的BCN/g-C3N4范德华异质结具有较高的稳定性。
图6中的a、b两图分别为g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的瞬态光电流-时间响应谱图和阻抗谱图。从图a中可以看出，通过30s的周期性照射，相比于纯g-C3N4来说，BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的响应值显著提高，这表明在2D/2D范德华异质界面上可以实现光生载流子快速的分离和转移。在图b中的EIS测量中，BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂的EIS Nyquist曲线直径远小于纯g-C3N4，这表明BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂的电荷迁移阻力更小，更有利于光催化制氢性能的提高。以上结果表明，通过制造2D/2D范德华异质结，可以显著提高载流子的分离效率和迁移能力，从而大大改善了光催化制氢活性。
图7中的a、b两图分别为g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5%范德华异质结光催化剂的N2吸脱附曲线和孔径分布谱图。从图中可以看出，图a、b中等温线的磁滞回线都在0.4和1.0之间（P/P0）被检测到，这一结果可以证明g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂中存在介孔（2-50nm）。g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂样品的BET比表面积分别为77.3m2 g-1和84.7m2 g-1。以上数据表明，g-C3N4和BCN/g-C3N4-0.5% 范德华异质结光催化剂具有相似的吸附特征、孔径分布和比表面积，证明这些因素对提高光催化制氢的影响是微不足道的，进一步间接证明了BCN/g-C3N4范德华异质结结构的形成，显著提高了光生载流子的分离运输效率，使得光催化活性得到了提高。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂，其特征在于，所述催化剂为非金属的2D/2D BCN/g-C3N4范德华异质结结构，所述光催化剂为片状结构，且其中存在介孔；所述非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂的制备方法包括如下步骤：
制备石墨相g-C3N4：
将尿素烘干后研磨成粉末状，煅烧，降温后取出放入硝酸溶液中搅拌过夜，然后洗涤，抽滤，烘干；制备石墨相氮化碳g-C3N4过程中煅烧的条件为升温速率2-5℃/min，煅烧温度500-600℃，煅烧时间4h；
制备BCN纳米片：
将氧化硼、尿素、葡萄糖研细混合均匀，在N2保护下煅烧，降温后取出放入盐酸溶液中酸洗过夜，然后洗涤，抽滤，烘干；所述煅烧的条件为升温速率5℃/min，煅烧温度1200-1300℃，煅烧时间5h；
制备BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂：
将g-C3N4和BCN纳米片研细混合均匀，在N2保护下煅烧，自然降温后得到BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂；所述制备BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂过程中g-C3N4与BCN的质量比为100：0.1-0.7；所述煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为4h。
2.根据权利要求1所述的非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂，其特征在于，制备BCN纳米片过程中氧化硼、尿素、葡萄糖的质量比为2-3g：4-6g：0.6-0.8g。
3.权利要求1所述的非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂在光催化制氢中的用途。
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| Construction of g-C3N4/BCN two-dimensional heterojunction photoanode for enhanced photoelectrochemical water splitting;Lei Nan et al;《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》;20190329;第44卷(第21期);摘要、第10499页左栏第3段-右栏第2段 * |
| Lei Nan et al.Construction of g-C3N4/BCN two-dimensional heterojunction photoanode for enhanced photoelectrochemical water splitting.《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》.2019,第44卷(第21期),第10498-10507页. * |
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