CN116395647A - 一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳及其制备方法和广谱灭菌的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新材料的制备和水处理中新型杀菌剂的研发领域，公开了一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：称取一定量环戊二烯铁(II)二羰基二聚体超声溶解于N,N‑二甲基甲酰胺中，再添加三聚氰胺，磁力搅拌一段时间后，经过滤、减压蒸馏和干燥，得到红棕色固体粉末，将该粉末转移到真空管式炉中在H₂/Ar混合气氛中煅烧，自然冷却至室温后，得到的固体粉末即高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳。本发明方法制备的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，具有极低的光生载流子复合率，可见光响应宽度显著地红移，产生大量活性氧自由基，并具有高循环稳定性。在可见光下展现出对大肠杆菌、沙门氏菌和金色葡萄球菌的优异灭菌活性。

Description

一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳及其制备方法和广 谱灭菌的应用

技术领域

本发明涉及新材料的制备技术和水处理中新型杀菌剂的研发领域，具体涉及一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳及其制备方法和应用。

背景技术

在世界范围内，水中的病原体，已成为威胁人类健康的重大因素之一，这引起了世卫组织的极大关注(Mater.Today 2021,46,136-154和Nature2021,599,507–512.)。饮用含有有害细菌的污染水，会引起腹泻和肠痉挛等疾病；甚至会严重威胁人体的生命(Adv.Funct.Mater.2021,31,2105807)。不言而喻，饮用水的细菌菌落总量长期超标是对人体有害的。因此，需要我们迫切注意并改善饮用水的卫生。目前，在净水方面，直接利用消毒剂，比如氯气和臭氧等，可以将细菌数减少到实现饮用水的安全无菌标准(J.Clean.Prod.2021,297,126617.和J.Clean.Prod.2018,203,386–399)。然而，使用这些消毒剂存在设备昂贵、价格高和杀菌不彻底的缺点，特别重要的是，消毒过程中会产生更多有毒和致癌的中间体(Appl.Surf.Sci.2017,413,253-265和Mater.Horiz.2021,8,2964-3008)。因此，在水处理的工艺中，仍迫切需要开发高效安全、无二次毒副作用和优良普适性的杀菌剂。

近年来，光催化材料作为一种清洁高效的杀菌剂，在水体消毒中已受到越来越多的重视(J.Hazard Mater.2021,413,125462.)。常见的光催化剂灭杀细菌的原理主要涉及电荷转移过程，主要是光激发产生的电子空穴对和催化剂表面吸附的O₂反应生成强氧化性的超氧自由基等活性氧物种，这些强氧化性的活性物种破坏细菌的细胞壁和细胞膜从而达到灭菌的目的(Angew.Chem.Int.Ed.2020,59,5218–5225.和Environ.Sci.Technol.2020,54,3691–3701.)。众所周知，单线态氧也作为一种典型的强氧化性的活性氧物种，但在水消毒过程中，很少被大家关注，因为这个过程主要涉及能量转移过程(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,13445–13449.)。所以开发一种具有多种氧活性物种的材料仍然是一个重大挑战。

石墨相氮化碳具有无毒和极好的生物相容性的优点，在光催化杀菌中具有广泛的应用前景。(Adv.Sci.2022,2201677.和Adv.Mater.2023,2211575.)。然而，由于其光生载流子分离效率低和能带位置不匹配，它仅限于产生大量的超氧自由基，而能量跃迁禁阻的单线态氧不会被诱导生成，这进一步限制了其在广谱杀菌中的运用(ACS Nano 2023,17,3,2222–2234和Small 2023,2205902)。

构建高分散的过渡金属原子的光催化杀菌体系是解决上述挑战的最有效策略之一(J.Clean.Prod.2022,377,134423.)。高度分散的过渡金属原子可以暴露更加多的反应活性位点，显著地提高原子的利用率，进而表现出良好的光催化活性，但是大多数的合成工艺复杂，设备昂贵，同时过渡金属具有未填充的空轨道，可以容易地俘获或失去电子，尤其是当俘获高能的激发态电子时，能量可以发生带隙之间的穿越和弛豫，进而释放能量，有利于电荷的能量转移。因此，迫切开发一种廉价、绿色的高分散的过渡金属锚定的石墨相氮化碳，同时也能高效地产生多种活性氧物种的方法，能较为方便地运用在饮用水的广谱杀菌的工艺中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有杀菌剂技术的不足，提供一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，由本发明方法所合成的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳在30分钟内的可见光照射下对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌具有极佳的杀灭效果，在水体消毒方面的应用具有广阔的前景。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

称取一定量的环戊二烯基二羰基铁二聚体超声溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，再向上述溶液中添加一定量的三聚氰胺，在磁力搅拌下保持一段时间(至少8小时，优选12小时)，然后过滤，滤渣经减压蒸馏、在70℃下的真空干燥，得到红棕色固体粉末，最后将所述粉末转移到真空管式炉中，以0.2-10℃/min的升温速率、在H₂/Ar(比例：1/9，v/v)混合气氛中升温至550℃煅烧4小时(4小时不包括程序升温的时间，4小时是550℃的保持时间)，自然降温至室温后，所得到的固体粉末即为高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳。

优选的，所述步骤中环戊二烯基二羰基铁二聚体与三聚氰胺的质量之比为0.001-0.05。

优选的，所述步骤中升温速率为1℃/min。

另外，本发明提供由所述方法制备得到的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳以及将所制备的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳作为催化剂在可见光照射下灭杀大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌中的应用。

与现有技术相比，本发明具有的优点和有益效果：

(1)本发明的方法合成的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，可以利用高分散的铁原子改善石墨相氮化碳的活化分子氧的能力和能带位置。在石墨相氮化碳表面锚定的高分散铁原子可以高效地抑制石墨相氮化碳的电子空穴对复合；同时可以诱导杂质能级的形成，进而减小禁带宽度，以至可见光的捕获能力增强，表现出强的可见光吸收性能。高分散的铁原子的锚定也可以调控石墨相氮化碳的能带位置，进一步协同促进活化分子氧的能量转移和电荷迁移的过程，进而产生更多的超氧自由基和单线态氧等活性物种。因此，高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳表现出卓越地灭杀大肠杆菌、沙门氏菌和金色葡萄球菌的广谱杀菌性能，同时展现出优秀的循环使用性能，有望为解决饮用水消毒的现代技术的不足部分提供一个新的技术保障。

(2)本发明的方法合成高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，仅仅需要常见和较为低廉的试剂与装备，工艺流程简单，这不仅在制备催化剂的过程中很大程度上降低了成本，而且相对于一些需要纯氢气煅烧来说方法，我们选择的混合气体中氢气的含量在安全范围内，这可以有效地防止在实现工艺流程过程中危险的发生，并且降低了气体在运输和储存过程中的安全风险。

附图说明

图1为实施例1-5、对比例1所合成材料的XRD图；

图2为实施例3和对比例1所制备材料的FT-IR图；

图3为实施例3所制备材料的SEM图；

图4为实施例3所制备材料的mapping图；

图5为实施例3和对比例1所制备材料的紫外可见漫反射光谱图；

图6为实施例1-5和对比例1所制备材料的光电流图；

图7为实施例1-5和对比例1所制备材料的大肠杆菌的灭杀效率图；

图8为实施例3所制备材料灭杀大肠杆菌的循环性能图；

图9为实施例3和对比例1所制备材料的沙门氏菌和大肠杆菌的灭杀效率图；

图10为实施例3和对比例1所制备材料的电子顺磁共振谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。

试剂与表征

以下实施例所用的试剂均为阿拉丁公司生产，其中液体试剂的纯度均为分析纯，环戊二烯基二羰基铁二聚体、三聚氰胺为固体，N,N-二甲基甲酰胺为液体。

5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物和4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶分别作为超氧自由基和单线态氧的捕获剂，在可见光照下，将180mg上述捕获剂分别投入到含有催化剂(0.4g L^-1)的甲醇和pH＝7.2的磷酸盐缓冲溶液中，捕获上述的自由基所形成的加和物的电子顺磁共振信号通过使用JESFA200光谱仪检测。

实施例1

一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

称取10mg环戊二烯基二羰基铁二聚体超声溶解于250ml N,N-二甲基甲酰胺中，再向上述溶液中添加10.0g三聚氰胺，在磁力搅拌下保持12小时(转速为600转/min)，然后过滤，滤渣经减压蒸馏(减压蒸馏3次，每次都添加2ml乙醇)、然后在70℃下真空干燥，得到红棕色固体粉末，最后将红棕色固体粉末转移到真空管式炉中以0.2℃/min的升温速率在H₂/Ar(1/9，v/v)混合气氛中、升温至550℃后保温煅烧4小时，待自然冷却至室温后，所得到的固体粉末即为高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，标记为CNF10。

CNF10样品的X射线衍射图(XRD)，如图1(B)所示，CNF10样品可以观察到2θ＝13.1°和27.2°的两个衍射峰，分别与石墨相氮化碳中面内芳香结构和类石墨的层间结构相匹配，却没有观察到单质铁、铁氧化物以及有机配体的特征衍射峰。这表明了铁原子是以高度分散的形式锚定在石墨相氮化碳表面，同时也表明铁原子的前驱体环戊二烯基二羰基铁二聚体的有机配体被完全除去。

实施例2

一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

称取50mg环戊二烯基二羰基铁二聚体超声溶解于250ml N,N-二甲基甲酰胺中，再向上述溶液中添加10.0g三聚氰胺，在磁力搅拌下保持12小时(转速为600转/min)，然后过滤，滤渣经减压蒸馏(减压蒸馏3次，每次都添加2ml乙醇)、然后在70℃下真空干燥，得到红棕色固体粉末，最后将红棕色固体粉末转移到真空管式炉中以0.5℃/min的升温速率在H₂/Ar(1/9，v/v)混合气氛中、升温至550℃后保温煅烧4小时，待自然冷却至室温后，所得到的固体粉末即为高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，标记为CNF50。

CNF50样品的X射线衍射图(XRD)，如图1(C)所示，CNF50样品可以观察到2θ＝13.1°和27.2°的两个衍射峰，分别与石墨相氮化碳中面内芳香结构和类石墨的层间结构相匹配，却没有观察到单质铁、铁氧化物以及有机配体的特征衍射峰。这表明了铁原子是以高度分散的形式锚定在石墨相氮化碳表面，同时也表明铁原子的前驱体环戊二烯基二羰基铁二聚体的有机配体被完全除去。

实施例3

一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

称取100mg环戊二烯基二羰基铁二聚体超声溶解于250ml N,N-二甲基甲酰胺中，再向上述溶液中添加10.0g三聚氰胺，在磁力搅拌下保持12小时(转速为600转/min)，然后过滤，滤渣经减压蒸馏(减压蒸馏3次，每次都添加2ml乙醇)、然后在70℃下真空干燥，得到红棕色固体粉末，最后将红棕色固体粉末转移到真空管式炉中以1℃/min的升温速率在H₂/Ar(1/9，v/v)混合气氛中、升温至550℃后保温煅烧4小时，待自然冷却至室温后，所得到的固体粉末即为高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，标记为CNF100。

CNF100样品的X射线衍射图(XRD)，如图1(D)所示，CNF100样品可以观察到2θ＝13.1°和27.2°的两个衍射峰，分别与石墨相氮化碳中面内芳香结构和类石墨的层间结构相匹配，却没有观察到单质铁、铁氧化物以及有机配体的特征衍射峰。这表明了铁原子是以高度分散的形式锚定在石墨相氮化碳表面，同时也表明铁原子的前驱体环戊二烯基二羰基铁二聚体的有机配体被完全除去。

CNF100样品的红外光谱图(FT-IR)，如图2(B)所示。从图2(B)中可以观察到处于1630-1225cm^-1范围内的石墨相氮化碳的N杂环的振动峰，同时也可以观察到石墨相氮化碳三嗪结构的814cm^-1处的特征峰和石墨相氮化碳的-N-H键的3150cm^-1的振动峰，值得注意的是，在CNF100样品并没有看到450-480cm^-1的Fe-O和O-Fe-O键的振动峰。这也再次表明高度分散的铁原子成功地锚定在石墨相氮化碳表面，没有形成铁单质或者铁氧化物，同时也说明了铁原子的前驱体环戊二烯基二羰基铁二聚体的有机配体通过还原性的混合气氛中焙烧处理被完全去除，这和XRD表征的结论是一致的。

实施例4

一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

称取250mg环戊二烯基二羰基铁二聚体超声溶解于250ml N,N-二甲基甲酰胺中，再向上述溶液中添加10.0g三聚氰胺，在磁力搅拌下保持12小时(转速为600转/min)，然后过滤，滤渣经减压蒸馏(减压蒸馏3次，每次都添加2ml乙醇)、然后在70℃下真空干燥，得到红棕色固体粉末，最后将红棕色固体粉末转移到真空管式炉中以5℃/min的升温速率在H₂/Ar(1/9，v/v)混合气氛中、升温至550℃后保温煅烧4小时，待自然冷却至室温后，所得到的固体粉末即为高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，标记为CNF250。

CNF250样品的X射线衍射图(XRD)，如图1(E)所示，CNF250样品可以观察到2θ＝13.1°和27.2°的两个衍射峰，分别与石墨相氮化碳中面内芳香结构和类石墨的层间结构相匹配，却没有观察到单质铁、铁氧化物以及有机配体的特征衍射峰。这表明了铁原子是以高度分散的形式锚定在石墨相氮化碳表面，同时也表明铁原子的前驱体环戊二烯基二羰基铁二聚体的有机配体被完全除去。

实施例5

一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

称取500mg环戊二烯基二羰基铁二聚体超声溶解于250ml N,N-二甲基甲酰胺中，再向上述溶液中添加10.0g三聚氰胺，在磁力搅拌下保持12小时(转速为600转/min)，然后过滤，滤渣经减压蒸馏(减压蒸馏3次，每次都添加2ml乙醇)、然后在70℃下真空干燥过夜，得到红棕色固体粉末，最后将红棕色固体粉末转移到真空管式炉中以10℃/min的升温速率在H₂/Ar(1/9，v/v)混合气氛中、升温至550℃后保温煅烧4小时，待自然冷却至室温后，所得到的固体粉末即为高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳，标记为CNF500。

CNF500样品的X射线衍射图(XRD)，如图1(E)所示，CNF500样品可以观察到2θ＝13.1°和27.2°的两个衍射峰，分别与石墨相氮化碳中面内芳香结构和类石墨的层间结构相匹配，却没有观察到单质铁、铁氧化物以及有机配体的特征衍射峰。这表明铁原子是以高度分散的形式锚定在石墨相氮化碳表面，同时也表明铁原子的前驱体环戊二烯基二羰基铁二聚体的有机配体被完全除去。

对比例1

称取10.0g三聚氰胺置于250ml N,N-二甲基甲酰胺中，在磁力搅拌下保持12小时(转速为600转/min)，然后过滤，滤渣经减压蒸馏(减压蒸馏3次，每次都添加2ml乙醇)、然后在70℃下真空干燥，得到白色粉末，最后将红棕色固体粉末转移到真空管式炉中以1℃/min的升温速率在H₂/Ar(1/9，v/v)混合气氛中、升温至550℃后保温煅烧4小时，待自然冷却至室温后，所得到的固体粉末即为无铁原子锚定的纯石墨相氮化碳，标记为CN。

CN样品的X射线衍射图(XRD)，如图1(A)所示，CN样品可以观察到2θ＝13.1°和27.2°的两个衍射峰，分别与石墨相氮化碳中面内芳香结构和类石墨的层间结构相匹配，也没有观察其他杂质峰。这表明了在没有铁原子的有机前驱体修饰时，得到的是纯石墨相氮化碳。

依据实施例1-5、对比例1对说明书附图进行详细说明

CN样品的红外光谱图(FT-IR)，如图2(A)所示。从图2(A)中可以观察到处于1630-1225cm^-1范围内的石墨相氮化碳的N杂环的振动峰，同时也可以观察到石墨相氮化碳三嗪结构的814cm^-1处的特征峰和纯石墨相氮化碳的N-H键的3150cm^-1处振动峰，与此同时，在CN样品并没有溶剂N,N-二甲基甲酰胺的特征峰，这些说明了在没有铁原子的有机前驱体的修饰时，得到的是纯石墨相氮化碳，同时溶剂N,N-二甲基甲酰胺被减压蒸馏的方式完全去除，这些结论和XRD表征的是一致的。

样品CNF100的扫描电镜图(SEM)如图3所示，图中能看到样品呈层状结构。这意味着高度分散的铁原子锚定在石墨相氮化碳表面，不会破坏石墨相氮化碳的层间结构，这与XRD和FT-IR的表征一致。

样品CNF100的mapping图，如图4所示，从图4中可以观察到，明显氮元素、碳元素和铁元素均匀地分散在石墨相氮化碳的框架中，铁元素的mapping中也没有发现明显的聚集，这意味铁的存在形式是高度分散的，这直接说明了铁原子是高度分散在石墨相氮化碳表面。特别重要的是，铁元素没有分布在框架以外区域，这表明高分散的铁原子和载体石墨相氮化碳之间具有强的化学作用力，进而表现出非常强的稳定性。

CN和CNF100样品的紫外可见漫反射光谱图(FT-IR)，如图5所示。由图5可知，相对于纯石墨相氮化碳，样品CNF100的可见光区域明显被增强，意味着可见光捕获能力增强，说明高分散的铁原子的锚定有效拓展了石墨相氮化碳的可见光吸收范围(如说明书附图5中，CNF100的谱线向右红移)，有助于提高光催化活性。

样品的光电流图，如图6所示。从图6中可以看到样品CNF10到CNF500相对于纯石墨相氮化碳的光电流强度明显增加，说明随着铁原子的锚定量的增加，石墨相氮化碳中光生电子空穴的复合得到显著地抑制，有利于提高光催化活性。当添加的环戊二烯基二羰基铁二聚体的质量为100mg时，荧光电流强度最大，说明样品CNF100具有最优的抑制光生电子空穴对复合的能力。环戊二烯基二羰基铁二聚体的添加量再持续增加时，可以发现样品CNF250和CNF500的光电流强度逐渐降低，表明石墨相氮化碳表面的铁原子过量时，反而增强了光生电子空穴对的复合，这可能是过量的铁原子会在石墨相氮化碳上诱导形成新的电子空穴对的复合中心所导致的。

实施例1-5制备得到的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳、对比例1制备的无铁原子锚定的纯石墨相氮化碳的光催化灭菌试验

为评价高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的光催化灭菌性能，以

25922的大肠杆菌标准菌株、/>

13076的沙门氏菌标准菌株和/>

6538的金黄色葡萄球菌标准菌株为灭菌对象进行试验。试验的具体过程为：首先，三种菌复苏后，在37℃的摇床上培养细菌达到10⁶CFU/ml；分别取10ml三种菌液，并分别投入100μg CNF100；再用配备420nm截止滤光片的300W氙灯照射30分钟；结束光照后，从三种菌液中各取100μl、并将其涂布至肉汤固体培养基上，继而转移至培养箱中，倒置培养16小时后记录菌落数量。

计算样品对细菌的杀菌率公式如下：

细菌杀菌率(％)＝100×(光照前的菌落数-光照后的菌落数)/光照前的菌落数。

分别以CNF10、CNF50、CNF250、CNF500、CN替换CNF100重复上述试验过程，获得相应的细菌杀菌率。

制备得到的CN、CNF10、CNF50、CNF100、CNF250、CNF500灭杀大肠杆菌的活性如图7所示。在可见光照射30分钟后，样品CN的大肠杆菌的杀菌效率是11.8％，所有锚定了高分散的铁原子的样品的大肠杆菌的杀菌率都明显地大于CN样品。其中，最优化的CNF100样品的杀菌率达到最大值(93.0％)，是CN样品活性的7.9倍，这意味着高分散的铁原子的修饰，可以有效地提升石墨相氮化碳对大肠杆菌的杀灭效果，并且我们也可以看到继续增加铁原子的含量时，样品CNF250和CNF500的杀菌率分别下降至66.1％和46.8％。这意味着过量的铁原子会在石墨相氮化碳表面形成新的光生电子空穴的重组中心，限制了活性中心铁原子与载体石墨相氮化碳电荷和能量的转移，抑制了光催化杀菌性能。

CNF100光催化灭菌的循环使用

进一步的研究发现，样品CNF100在循环(每次用完后的回收方法：使用0.45μm的滤膜回收催化剂，再用丙酮和生理盐水反复冲洗，最后依次用水和乙醇各洗涤3次，烘干)使用6次后，大肠杆菌的杀菌率没有明显的降低(见图8)，这意味着本发明的方法制备的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳表现出的杀菌效果非常稳定。同时，在30分钟内，CNF100对沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率各高达93.9％和96.2％(见图9)，分别是纯石墨相氮化碳的6.5和5.8倍，这意味着高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的灭菌性具有非常好的普适性，能够在较短时间内杀灭多种细菌。

高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的杀菌机制需要被进一步阐述。以二甲基吡啶N-氧化物(DMPO)作为超氧自由基(·O₂-)捕获剂、以4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶(TEMP)作为单线态氧(¹O₂)捕获剂，对CN和CNF100分别进行自旋捕获实验，加和物的电子顺磁共振谱图如图10所示。CNF100在光照下所产生的·O₂-和¹O₂的顺磁信号都明显地比CN强，这表明高分散的铁原子锚定在石墨相氮化碳表面，能够促进活性氧自由基(¹O₂和·O₂-)的生成，有利于光催化灭菌性能的提高。

综上所述，环戊二烯基二羰基铁二聚体使得石墨相氮化碳表面锚定高分散的铁原子，高分散的铁原子使得石墨相氮化碳被激活的可见光范围增大(图5)，促进太阳能的高效利用，抑制光生载流子复合(图6)，同时，能够诱导产生大量的活性氧自由基(¹O₂和·O₂-)，显著提高石墨相氮化碳在可见光范围内的杀菌性能。高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳体现出其在解决全球公共水体卫生问题领域具有广阔的应用前景。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

称取一定量的环戊二烯基二羰基铁二聚体超声溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，再向上述溶液中添加三聚氰胺，在磁力搅拌下保持至少8小时；然后过滤，滤渣经减压蒸馏、真空干燥，得到红棕色固体粉末；最后将红棕色固体粉末转移到真空管式炉中，以0.2~10 ℃/min的升温速率、在H₂/Ar混合气氛中升温至550 ℃，在550 ℃下煅烧4小时，自然冷却至室温后，所得到的固体粉末即高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤中环戊二烯基二羰基铁二聚体与三聚氰胺质量之比为0.001~0.05:1。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤中环戊二烯基二羰基铁二聚体与三聚氰胺质量之比为0.01:1。

4.根据权利要求1-3中任一所述的制备方法，其特征在于，所述步骤中升温的速率为1℃/min。

5.根据权利要求1-3中任一所述的制备方法，其特征在于，所述的H₂/Ar混合气氛中H₂:Ar的体积比为1:9。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法制得的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳。

7.权利要求6所述的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的应用，其特征在于，将高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳用于灭菌。

8.权利要求6所述的高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳的应用，其特征在于，将高分散的铁原子锚定的石墨相氮化碳用于在可见光下催化杀灭大肠杆菌、沙门氏菌和/或金黄色葡萄球菌。

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