CN113457711A - 一种石墨相氮化碳负载镁单原子复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镁/氮化碳纳米片复合材料，所述镁/氮化碳纳米片复合材料包括氮化碳纳米片以及复合在所述氮化碳纳米片上的镁原子。该具有特定结构和形貌的镁/氮化碳纳米片复合材料，是一种单原子镁负载氮化碳纳米片(Mg/g‑C3N4)单原子型复合材料催化剂。本发明提供的Mg/g‑C3N4复合材料光催化活性高，对氧还原生成过氧化氢的选择性高，这种显著增强的光催化活性，使得该复合材料够以水和空气中的氧气为原料，在太阳光驱动下合成过氧化氢，而无需任何牺牲剂，从而能够得到纯净的过氧化氢水溶液。而且，本发明提供的制备方法简单、高效、可控性好、成本低、可规模化制备，适于工业化推广和应用。
Description
技术领域
本发明属于石墨相氮化碳光催化剂技术领域，涉及一种镁/氮化碳纳米片复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法，尤其涉及一种石墨相氮化碳负载镁单原子(Mg/g-C3N4)复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法。
背景技术
过氧化氢被广泛应用于有机合成、医疗消毒、废水处理等领域，其需求日益增长。目前工业上通过蒽醌法生产过氧化氢存在许多弊端，例如工艺复杂、耗能高、污染严重等。近年来，光催化合成过氧化氢因其利用太阳能节能环保的优点而备受关注，开发新型高效、廉价的光催化剂成为该领域研究的重点，
与金属氧化物、金属硫化物等传统的光催化剂相比，无金属的g-C3N4光催化剂具有显著的优势。g-C3N4具有合适的能带结构，能够吸收可见光，其价格低廉、易制备，无毒无污染，因此被广泛应用于光催化领域。但是g-C3N4的光催化活性差，这主要归因于其一些固有的缺点，如可见光吸收能力弱、光生载流子分离效率差、反应的选择性差等。此外，g-C3N4用于光催化合成过氧化氢时，由于g-C3N4的水氧化半反应动力学缓慢，往往需要添加牺牲剂来消耗光生空穴并提供质子，从而加速氧还原生成过氧化氢的半反应。牺牲剂的添加为过氧化氢的分离纯化带来了难题，并且与可持续发展的理念相违背。
因此，如何找到一种适宜的方式，解决目前氮化碳作为光催化剂应用上存在的缺陷，能够更好的作为光催化合成过氧化氢的催化剂，已成为诸多研究人员广为关注的焦点之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种镁/氮化碳纳米片复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法，特别是一种石墨相氮化碳负载镁单原子(Mg/g-C3N4)复合材料，本发明提供的镁/氮化碳纳米片复合材料料，光催化活性高，选择性高，能够不需要任何牺牲剂的情况下光催化合成过氧化氢，而且具有价格低廉、易制备，可以规模化合成等特点。
本发明提供了一种镁/氮化碳纳米片复合材料，所述镁/氮化碳纳米片复合材料包括氮化碳纳米片以及复合在所述氮化碳纳米片上的镁原子。
优选的，所述镁原子以原子级分散在所述氮化碳纳米片上；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料为单原子Mg/g-C3N4纳米片复合材料；
所述复合包括负载。
优选的，所述氮化碳纳米片的厚度为1.2～2.1nm；
所述氮化碳纳米片的片径为50～500nm；
所述氮化碳包括石墨相氮化碳；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料为用于光催化反应的光催化剂。
优选的，所述氮化碳纳米片与所述镁的质量比为1％～3％；
所述镁原子与所述氮化碳通过镁氮配位的形式复合；
所述镁原子与所述氮化碳之间通过离子键结合；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料为用于光催化合成过氧化氢反应的光催化剂。
本发明提供了一种镁/氮化碳纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将含氮的有机物经过第一次煅烧后，得到体相氮化碳；
2)将上述步骤得到的体相氮化碳经过第二次煅烧进行热剥离后，得到氮化碳纳米片；
3)将上述步骤得到的氮化碳纳米片和镁源研磨混合后，经过第三次煅烧后，得到镁/氮化碳纳米片复合材料。
优选的，所述第一次煅烧的升温速率为2～10℃/min；
所述第一次煅烧的温度为500～600℃；
所述第一次煅烧的时间为3～5h；
所述第一次煅烧后还包括研磨步骤。
优选的，所述第二次煅烧的升温速率为2～5℃/min；
所述热剥离的温度为520～550℃；
所述热剥离的时间为3～5h；
所述镁源包括氯化镁、碱式碳酸镁和氢氧化镁中的一种或多种。
优选的，所述氮化碳纳米片与所述镁源的质量比为(5～40)：1；
所述第三次煅烧的升温速率为2～5℃/min；
所述第三次煅烧的温度为450～500℃；
所述第三次煅烧的时间为1～3h。
本发明还提供了一种光催化制备过氧化氢的方法，包括以下步骤：
(1)将镁/氮化碳纳米片复合材料光催化剂与水混合后，在氙灯的辐照下，进行光催化反应，得到过氧化氢；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料光催化剂包括上述技术方案任意一项所述的镁/氮化碳纳米片复合材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的镁/氮化碳纳米片复合材料。
优选的，所述光催化反应不需要牺牲剂；
所述改性氮化碳光催化剂的加入量为0.2～1g/L；
所述氙灯的光强为60～450mW/cm2；
所述氙灯的辐照的光波长大于400nm；
所述光催化反应的温度为20～30℃；
所述光催化反应的时间为1～12h。
本发明提供了一种镁/氮化碳纳米片复合材料，所述镁/氮化碳纳米片复合材料包括氮化碳纳米片以及复合在所述氮化碳纳米片上的镁原子。与现有技术相比，本发明针对现有的g-C3N4的在光催化性能上存在可见光吸收能力弱、光生载流子分离效率差、反应的选择性差等问题。本发明进行了深入的研究，认为体相的氮化碳在一定程度上导致了上述问题，但是单独改进氮化碳还不足以解决上述问题，而与单原子催化剂结合，有望获得更好的光催化效果。金属以单原子分散的形式存在于载体上被称之为“单原子催化剂”，其实现了金属原子利用的最大化，能够体现金属与载体的协同作用。本发明认为精确构筑特定配位数和配位构型的单原子反应活性中心，有利于原位表征催化过程界面的结构变化和活性位点的价态变化，明确目标反应的过程机理，从而有依据地提出催化剂的改进策略，有望极大地提升所设计材料的催化性能。所以，依托于单原子材料设计平台，可以对应用于催化过氧化氢合成的催化剂进行设计。而且具有突出研究成果的单原子催化剂可以为高效光催化剂的设计提供可行的思路。受植物光合作用过程中对光吸收起到关键作用的叶绿素结构的启发，可以将镁作为金属中心并与氮元素形成四配位结构(Mg-N4)。
基于此，本发明创造性的设计并得到了一种具有特定结构和形貌的镁/氮化碳纳米片复合材料，特别以氮化碳纳米片作为Mg-N4的负载基底，将并在纳米片上负载镁，而且负载的镁能够呈现原子级别的均匀分散形貌，是一种单原子镁负载氮化碳纳米片(Mg/g-C3N4)单原子型复合材料催化剂。
本发明提供的Mg/g-C3N4复合材料光催化活性高，对氧还原生成过氧化氢的选择性高，这种显著增强的光催化活性，使得该复合材料够以水和空气中的氧气为原料，在太阳光驱动下合成过氧化氢，而无需任何牺牲剂，从而能够得到纯净的过氧化氢水溶液。本发明提供的Mg/g-C3N4单原子光催化剂在光催化制备过氧化氢的应用中，由于避免了牺牲剂的加入，并且光催化生产过氧化氢的速率快，可以用于过氧化氢的现场制备。而且，本发明提供的Mg/g-C3N4催化剂的制备方法简单、高效、可控性好、成本低、可规模化制备，适于工业化推广和应用，同时合成方法也具有成本低、效率高、操作简单、可规模化合成等优点，为过氧化氢的实际生产提供了有潜力的方案。
实验结果表明，本发明提供的Mg/g-C3N4催化剂具有显著增强的光催化活性，在无需任何牺牲剂的条件下，仅以水和空气中的氧气为原料合成过氧化氢，其可见光催化的过氧化氢生产速率能够达到1078μmol·g-1·h-1，是体相g-C3N4的143倍。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂的高分辨环形暗场扫描透射电镜图片；
图2为本发明实施例1制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的产量与光照时间的关系图；
图3为本发明实施例1制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的循环稳定性能曲线；
图4为本发明实施例2制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化生产过氧化氢的性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或光催化剂制备领域内使用的常规纯度。
本发明提供了一种镁/氮化碳纳米片复合材料，所述镁/氮化碳纳米片复合材料包括氮化碳纳米片以及复合在所述氮化碳纳米片上的镁原子。
在本发明中，所述复合优选包括负载。
在本发明中，所述镁/氮化碳纳米片复合材料优选为单原子Mg/g-C3N4纳米片复合材料。具体的，所述镁原子优选以原子级分散在所述氮化碳纳米片上。
在本发明中，所述氮化碳纳米片的厚度优选为1.2～2.1nm，更优选为1.4～1.9nm，更优选为1.6～1.7nm。
在本发明中，所述氮化碳纳米片的片径优选为50～500nm，更优选为150～400nm，更优选为250～300nm。
在本发明中，所述氮化碳优选包括石墨相氮化碳。
在本发明中，所述氮化碳纳米片与所述镁的质量比优选为1％～3％，更优选为1.4％～2.6％，更优选为1.8％～2.2％。
在本发明中，所述镁原子与所述氮化碳优选通过镁氮配位的形式复合。其复合形式优选与镁卟啉类似。
在本发明中，所述镁原子与所述氮化碳之间优选通过离子键结合。
在本发明中，所述镁/氮化碳纳米片复合材料优选为用于光催化反应的光催化剂。具体的，所述镁/氮化碳纳米片复合材料优选为用于光催化合成过氧化氢反应的光催化剂。
本发明提供了一种镁/氮化碳纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将含氮的有机物经过第一次煅烧后，得到体相氮化碳；
2)将上述步骤得到的体相氮化碳经过第二次煅烧进行热剥离后，得到氮化碳纳米片；
3)将上述步骤得到的氮化碳纳米片和镁源研磨混合后，经过第三次煅烧后，得到镁/氮化碳纳米片复合材料。
本发明首先将含氮的有机物经过第一次煅烧后，得到体相氮化碳。
在本发明中，所述第一次煅烧的升温速率优选为2～10℃/min，更优选为3～9℃/min，更优选为4～8℃/min，更优选为5～7℃/min。
在本发明中，所述第一次煅烧的温度优选为500～600℃，更优选为520～580℃，更优选为540～560℃。
在本发明中，所述第一次煅烧的时间优选为3～5h，更优选为3.4～4.6h，更优选为3.8～4.2h。
在本发明中，所述第一次煅烧后优选包括研磨步骤。
本发明再将上述步骤得到的体相氮化碳经过第二次煅烧进行热剥离后，得到氮化碳纳米片。
在本发明中，所述第二次煅烧的升温速率优选为2～5℃/min，更优选为2.5～4.5℃/min，更优选为3～4℃/min。
在本发明中，所述热剥离的温度优选为520～550℃，更优选为525～545℃，更优选为530～540℃。
在本发明中，所述热剥离的时间优选为3～5h，更优选为3.4～4.6h，更优选为3.8～4.2h。
本发明最后将上述步骤得到的氮化碳纳米片和镁源研磨混合后，经过第三次煅烧后，得到镁/氮化碳纳米片复合材料。
在本发明中，所述镁源优选包括氯化镁、碱式碳酸镁和氢氧化镁中的一种或多种，更优选为氯化镁、碱式碳酸镁或氢氧化镁。
在本发明中，所述氮化碳纳米片与所述镁源的质量比优选为(5～40)：1，更优选为(10～35)：1，更优选为(15～30)：1，更优选为(20～25)：1。
在本发明中，所述第三次煅烧的升温速率优选为2～5℃/min，更优选为2.5～4.5℃/min，更优选为3～4℃/min。
在本发明中，所述第三次煅烧的温度优选为450～500℃，更优选为460～490℃，更优选为470～480℃。
在本发明中，所述第三次煅烧的时间优选为1～3h，更优选为1.4～2.6h，更优选为1.8～2.2h。
在本发明中，以上三次煅烧可以均不需要氮气保护，常规煅烧即可。
本发明仅通过将g-C3N4纳米片与氯化镁等镁源研磨混合，煅烧，即可得到Mg以原子级分散于g-C3N4纳米片上的单原子催化剂，为完整和细化整体制备工艺，更好的保证单原子镁负载氮化碳纳米片(Mg/g-C3N4)单原子型复合材料的形貌、结构和参数，上述步骤提供的镁/氮化碳纳米片复合材料的制备方法具体可以为以下步骤：
S1:制备体相g-C3N4，将三聚氰胺置于坩埚中，加盖，然后放入马弗炉，以一定的速率升温至一定温度，保持一段时间，待自然降至室温后，所得样品研磨，得到的淡黄色粉末即为体相g-C3N4；
S2：制备g-C3N4纳米片，将上述体相g-C3N4均匀铺在敞口的瓷舟中，然后放入马弗炉，以一定的速率升温至一定温度，保持一段时间，得到白色的g-C3N4纳米片；
S3：制备Mg/g-C3N4催化剂，将上述g-C3N4纳米片与氯化镁研磨混匀，置于坩埚中，加盖，放入马弗炉，以一定的速率升温至一定温度，保持一段时间，得到Mg/g-C3N4催化剂。
本发明提供了一种光催化制备过氧化氢的方法，包括以下步骤：
(1)将镁/氮化碳纳米片复合材料光催化剂与水混合后，在氙灯的辐照下，进行光催化反应，得到过氧化氢；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料光催化剂包括上述技术方案任意一项所述的镁/氮化碳纳米片复合材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的镁/氮化碳纳米片复合材料。
在本发明中，所述光催化反应可以不需要牺牲剂。
在本发明中，所述改性氮化碳光催化剂的加入量优选为0.2～1g/L，更优选为0.3～0.9g/L，更优选为0.4～0.8g/L，更优选为0.5～0.7g/L。
在本发明中，所述氙灯的光强优选为60～450mW/cm2，更优选为110～400mW/cm2，更优选为160～350mW/cm2，更优选为210～300mW/cm2。
在本发明中，所述氙灯的辐照的光波长优选大于400nm，更优选大于500nm，更优选大于600nm。
在本发明中，所述光催化反应的温度优选为20～30℃，更优选为22～28℃，更优选为24～26℃。
在本发明中，所述光催化反应的时间优选为1～12h，更优选为3～10h，更优选为5～8h。
本发明为完整和细化整体技术方案，更好的保证超薄镁/氮化碳纳米片复合材料的光催化效果，上述步骤提供的光催化合成过氧化氢的方法具体可以为以下步骤：
将Mg/g-C3N4单原子催化剂分散于纯水中，无需添加牺牲剂，磁力搅拌，置于氙灯下，利用循环水控温，进行光催化制过氧化氢。每隔一段时间取样，过氧化氢水溶液的浓度用碘量法来测定。
具体的，所述Mg/g-C3N4单原子催化剂的投加量可以为1g/L；使用的氙灯功率可以为300W，可以装有400nm截止滤光片，出射光的波长>400nm；外部循环水温度可以控制为25℃。
本发明上述步骤提供了一种石墨相氮化碳负载镁单原子(Mg/g-C3N4)复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法。该具有特定结构和形貌的镁/氮化碳纳米片复合材料，特别以氮化碳纳米片作为Mg-N4的负载基底，将并在纳米片上负载镁，而且负载的镁能够呈现原子级别的均匀分散形貌，是一种单原子镁负载氮化碳纳米片(Mg/g-C3N4)单原子型复合材料催化剂。本发明提供的Mg/g-C3N4复合材料光催化活性高，对氧还原生成过氧化氢的选择性高，这种显著增强的光催化活性，使得该复合材料够以水和空气中的氧气为原料，在太阳光驱动下合成过氧化氢，而无需任何牺牲剂，从而能够得到纯净的过氧化氢水溶液。本发明提供的Mg/g-C3N4单原子光催化剂在光催化制备过氧化氢的应用中，由于避免了牺牲剂的加入，并且光催化生产过氧化氢的速率快，可以用于过氧化氢的现场制备。而且，本发明提供的Mg/g-C3N4催化剂的制备方法简单、高效、可控性好、成本低、可规模化制备，适于工业化推广和应用，同时合成方法也具有成本低、效率高、操作简单、可规模化合成等优点，为过氧化氢的实际生产提供了有潜力的方案。
实验结果表明，本发明提供的Mg/g-C3N4催化剂具有显著增强的光催化活性，在无需任何牺牲剂的条件下，仅以水和空气中的氧气为原料合成过氧化氢，其可见光催化的过氧化氢生产速率能够达到1078μmol·g-1·h-1，是体相g-C3N4的143倍。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种镁/氮化碳纳米片复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法进行了详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
S1:制备体相g-C3N4，将5g三聚氰胺置于坩埚中，加盖，然后放入马弗炉，以2℃/min的速率升温至550℃，保持4h，待自然降至室温后，所得样品研磨，得到的淡黄色粉末即为体相g-C3N4；
S2：制备g-C3N4纳米片，取上述体相g-C3N4 2g均匀铺在5×8cm的敞口的瓷舟中，然后放入马弗炉，以2℃/min的速率升温至520℃，保持4h，得到白色的g-C3N4纳米片；
S3：制备Mg/g-C3N4单原子催化剂，取上述g-C3N4纳米片200mg与40mg的六水合氯化镁研磨混匀，置于坩埚中，加盖，放入马弗炉，以2℃/min的速率升温至500℃，保持2h，得到g-C3N4/Mg单原子催化剂。
为了区分上述制备的催化剂，体相g-C3N4记为CN，g-C3N4纳米片记为CNS，有Mg单原子负载的g-C3N4记为CNS-Mg。
对实施例1制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂进行了高分辨环形暗场扫描透射电镜表征。
参见图1，图1为本发明实施例1制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂的高分辨环形暗场扫描透射电镜图片。
结果如图1所示，图1中分散的亮点归属于Mg元素，表明Mg以原子级负载在g-C3N4纳米片上，表明Mg/g-C3N4单原子催的成功合成。
Mg/g-C3N4单原子催化剂在光催化合成过氧化氢中的应用：
(1)测试上述体相g-C3N4、g-C3N4纳米片和Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的生成速率
在50mL的去离子水中，加入50mg实施例1制备的体相g-C3N4、g-C3N4纳米片或Mg/g-C3N4单原子催化剂，无需添加牺牲剂，磁力搅拌，置于氙灯下，使用的氙灯功率为300W，装有400nm截止滤光片，出射光的波长>400nm。在反应器外部通入循环水控温，外部循环水温度为25℃。然后进行光催化制过氧化氢，每隔15min取样，待测样用0.22μm的PTFE滤头过滤掉粉末催化剂，滤液中的过氧化氢浓度用碘量法来测定。
对本发明实施例1中体相g-C3N4、g-C3N4纳米片和Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的累积量与光照时间的关系进行检测。
参见图2，图2为本发明实施例1制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的产量与光照时间的关系图。
如图2所示，在1小时内，体相g-C3N4、g-C3N4纳米片和Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的累积量分别达到7.55、113.2和1078μmol·g-1·h-1。相同时间内Mg/g-C3N4单原子催化剂的光催化过氧化氢产量最高，是体相g-C3N4的143倍，表明Mg的负载大大提高了g-C3N4的光催化活性。此外，该Mg/g-C3N4单原子催化剂在光催化合成过氧化氢的过程中无需添加牺牲剂，能够得到纯净的过氧化氢水溶液，显示了其实际应用潜力，可以用于过氧化氢的光催化现场制备。
(2)改变实验条件，测试Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的生成速率
探究的实验条件包括：有无牺牲剂的添加、光的波长范围、光催化反应过程中有无通入纯氧。通过控制变量，保持其他条件不变，通过与上述(1)中相同的方法测试了Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的生成速率。
不同条件下Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的生成速率总结于表1中。
参见表1，表1为不同条件下Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的生成速率。
表1
由表1可知，加入乙醇做为光生空穴的牺牲剂后，在全光谱光辐照下，或者在反应溶液中通入纯氧，都能使过氧化氢的生成速率增大。
(3)Mg/g-C3N4单原子催化剂的循环稳定性能测试
将上述(1)中进行光催化制备过氧化氢测试的Mg/g-C3N4单原子催化剂离心回收，用去离子水洗涤，干燥，再次光催化制备过氧化氢测试，测试条件与(1)相同，重复2次。将重复测试3次后的Mg/g-C3N4单原子催化剂离心、洗涤、干燥后，按照实施例1中S3步骤重新在催化剂上负载Mg单原子，使Mg/g-C3N4单原子催化剂再生，再生后的Mg/g-C3N4单原子催化剂再次按照(1)的方法测试其光催化制备过氧化氢的生成速率。
对本发明制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂的循环稳定性进行测试。
参见图3，图3为本发明实施例1制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化制备过氧化氢的循环稳定性能曲线。
结果如图3所示，光催化反应后的Mg/g-C3N4单原子催化剂，其活性下降明显，这可能是负载的Mg活性中心的溶出导致的。将反应后的催化剂重新负载Mg，将Mg/g-C3N4单原子催化剂再生后，其活性再次提升，其性能与新合成的Mg/g-C3N4单原子催化剂接近。尽管Mg/g-C3N4单原子催化剂由于Mg的溶出其性能稳定性较差，但是通过与氯化镁简单的混合煅烧，可以使Mg/g-C3N4单原子催化剂再生，再生的成本低、操作简单，表明了Mg/g-C3N4单原子催化剂在光催化制备过氧化氢的应用潜力。
实施例2
更换Mg源制备Mg/g-C3N4单原子催化剂，将实施例1中S3步骤的氯化镁换为碱式碳酸镁，其余步骤不变。得到的样品记为CNS-Mg-2。
采用与实施例1的(1)中一样的测试方法，测试CNS-Mg-2光催化合成过氧化氢的性能。
参见图4，图4为本发明实施例2制备的Mg/g-C3N4单原子催化剂光催化生产过氧化氢的性能图。
CNS-Mg-2的光催化活性如图4所示，在无牺牲剂的条件下其光催化生产过氧化氢的速率为1560μmol·g-1·h-1，显示了巨大的应用潜力。
以上对本发明提供的一种石墨相氮化碳负载镁单原子(Mg/g-C3N4)复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种镁/氮化碳纳米片复合材料，其特征在于，所述镁/氮化碳纳米片复合材料包括氮化碳纳米片以及复合在所述氮化碳纳米片上的镁原子。
2.根据权利要求1所述的镁/氮化碳纳米片复合材料，其特征在于，所述镁原子以原子级分散在所述氮化碳纳米片上；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料为单原子Mg/g-C3N4纳米片复合材料；
所述复合包括负载。
3.根据权利要求1所述的镁/氮化碳纳米片复合材料，其特征在于，所述氮化碳纳米片的厚度为1.2～2.1nm；
所述氮化碳纳米片的片径为50～500nm；
所述氮化碳包括石墨相氮化碳；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料为用于光催化反应的光催化剂。
4.根据权利要求1所述的镁/氮化碳纳米片复合材料，其特征在于，所述氮化碳纳米片与所述镁的质量比为1％～3％；
所述镁原子与所述氮化碳通过镁氮配位的形式复合；
所述镁原子与所述氮化碳之间通过离子键结合；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料为用于光催化合成过氧化氢反应的光催化剂。
5.一种镁/氮化碳纳米片复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将含氮的有机物经过第一次煅烧后，得到体相氮化碳；
2)将上述步骤得到的体相氮化碳经过第二次煅烧进行热剥离后，得到氮化碳纳米片；
3)将上述步骤得到的氮化碳纳米片和镁源研磨混合后，经过第三次煅烧后，得到镁/氮化碳纳米片复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一次煅烧的升温速率为2～10℃/min；
所述第一次煅烧的温度为500～600℃；
所述第一次煅烧的时间为3～5h；
所述第一次煅烧后还包括研磨步骤。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二次煅烧的升温速率为2～5℃/min；
所述热剥离的温度为520～550℃；
所述热剥离的时间为3～5h；
所述镁源包括氯化镁、碱式碳酸镁和氢氧化镁中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氮化碳纳米片与所述镁源的质量比为(5～40)：1；
所述第三次煅烧的升温速率为2～5℃/min；
所述第三次煅烧的温度为450～500℃；
所述第三次煅烧的时间为1～3h。
9.一种光催化制备过氧化氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将镁/氮化碳纳米片复合材料光催化剂与水混合后，在氙灯的辐照下，进行光催化反应，得到过氧化氢；
所述镁/氮化碳纳米片复合材料光催化剂包括权利要求1～4任意一项所述的镁/氮化碳纳米片复合材料或权利要求5～8任意一项所述的制备方法所制备的镁/氮化碳纳米片复合材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光催化反应不需要牺牲剂；
所述改性氮化碳光催化剂的加入量为0.2～1g/L；
所述氙灯的光强为60～450mW/cm2；
所述氙灯的辐照的光波长大于400nm；
所述光催化反应的温度为20～30℃；
所述光催化反应的时间为1～12h。
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