CN114887646A - Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体光催化材料技术领域，具体为Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：将1～4重量份的纳米Fe颗粒、500～1500重量份的双氰胺和500～1500重量份的氯化铵置于研钵中，在手套箱中研磨并混合均匀形成混合物；将所述混合物转入石英舟内，置于管式马弗炉中在真空环境下进行煅烧2～6小时，煅烧时的温度300～600℃，煅烧结束后自然冷却至室温即得Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料。所述光催化材料由上述方法制备。所述光催化材料可在光催化氮还原合成氨中应用。本发明具备工艺条件简单温和、成本低廉，绿色无污染，适合大规模生产的特点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光催化材料技术领域，具体为Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料及其制备方法和应用。
背景技术
氨气作为农业和化学工业中必不可少的活性氮源，长期被认为是一种潜在的能量载体和肥料前体。目前工业上合成氨的哈伯-博施工艺是以Fe基催化剂为核心，在高温高压下通过还原N2生产氨气的。然而哈伯-博施工艺在生产氨气的过程中，每年需要消耗的能源占世界能源供应的1％以上，释放的CO2超过3亿吨，不利于氨工业的可持续发展。单原子光催化剂(SAPs)作为一种绿色的转化太阳能的新兴技术，被认为是替代哈伯-博施工艺的理想手段之一。选择合适的基底是成功制备SAPs的关键。氮化碳(g-C3N4)结构中具有由6个氮原子形成的“氮腔”，可以形成Metal-Nx键锚定单个金属原子，是构建SAPs提供理想基底。SAPs现有技术主要是湿化学方法和自上而下法，湿化学法通常需要复杂的步骤去吸附和还原前体，最后稳定离析的原子。自上而下的热扩散/发射法步骤简单，可将多种原子金属直接限制在载体上，然而这种方法不仅需要约900℃的高温，且无法协调和优化单个原子。
目前，Fe元素能够有效削弱N≡N，对氮还原有显著的促进作用，制备Fe单原子光催化剂是目前重点研究领域。现有技术通常使用Fe2O3负载在g-C3N4上，且常规方法制备出的石墨氮化碳一般为块状，传统高温煅烧工艺制备的g-C3N4团聚严重、活性位点少、比表面积小、光吸收能力弱，光生电子-空穴对复合迅速，故光催化性能受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料及制备方法，以解决合成单原子光催化剂的复杂工艺、传统氮化碳团聚严重、比表面积小、光吸收能力弱、常温常压下无法还原N2制备氨的问题。
为了达到上述目的，本发明利用一步煅烧法制备Fe单原子负载孔状氮化碳，主要提供如下技术方案：
Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将1～4重量份的纳米Fe颗粒、500～1500重量份的双氰胺和500～1500重量份的氯化铵置于研钵中，在手套箱中研磨并混合均匀形成混合物；
步骤2，将所述混合物转入石英舟内，置于管式马弗炉中在真空环境下进行煅烧2～6小时，煅烧时的温度300～600℃，煅烧结束后自然冷却至室温即得Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料。
马弗炉的升温速率影响碳化程度，如果升温太快会使得材料碳化不够完全，影响氮化碳结构的形成。所以上述的制备方法中，将所述管式马弗炉的升温速率设置为5℃/min。
本申请的制备方法是利用气态质子酸可以氧化Fe颗粒生成Fe盐，Fe离子分散到氮化碳上，被氮化碳中的缺陷所捕获，形成孤立的Fe位点。本申请的制备方法用一步煅烧法可以同时形成孔状结构和Fe单原子。
孔状结构能够暴露出更多的活性位点，Fe单原子能够使得氮化碳的局域电子结构重新分布，本申请所制备的光催化材料的带宽为2.95～3.02eV，使得催化剂更容易利用可见光，且Fe单原子的引入使得催化剂的光催化氮还原路径由缔合远端转化为缔合交替，使得光催化氮还原反应更容易发生。
上述的制备方法中，所述Fe颗粒为直径为50nm的Fe颗粒。
由于在具体的制备过程中，由于Fe颗粒掺杂过多易团聚在一起，无法形成Fe单原子，对光催化性能有影响，因此在本申请的具体实施方式中所述纳米Fe颗粒的量与其他两种物质的量相比相差较大。另外，为了防止Fe颗粒的氧化，本申请在手套箱中对纳米Fe颗粒、双氰胺和氯化铵进行研磨。
上述的制备方法中，所述双氰胺和所述氯化铵的质量比为1:1。
上述的制备方法中，所述纳米Fe颗粒的质量为10～40mg，所述双氰胺的质量为5～15g，所述双氰胺的质量为5～15g。
上述的制备方法中，所述纳米Fe颗粒的质量为30mg，所述双氰胺的质量为10g，所述双氰胺的质量为10g。
上述的制备方法中，所述煅烧时的温度为550℃。
通过上述方法制备的Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料Fe以Fe-N4配位的形式连接在孔状氮化碳上，Fe-N1键长为
Fe-N2键长为
Fe-N3键长为
Fe-N4键长为
所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料为多孔材料，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的响应波长为390nm-780nm。
上述的Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料中，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料在光催化氮还原合成氨时的响应波长从395～620nm均有响应，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的带宽为2.95～3.02eV；
优选地，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料在光催化氮还原合成氨时的响应波长为425-500nm；
上述的Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料中，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的光催化氮还原路径为缔合交替路径。
Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料在光催化氮还原合成氨中的应用。
借由上述技术方案，本发明提出的一种Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料及制备方法至少具有下列优点：
(1)通过本发明的制备方法制备的Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料，能够从三个方面提高光催化氮还原活性。首先，多孔结构能够提供额外的活性位点，提高光催化剂的比表面积，增大光催化剂与N2的接触面积；其次，Fe/PCN的带宽比常规g-C3N4窄，从而可以扩大可见光吸收范围。氮化碳结构中电子给体(光生电子的复合位点)的氨基和氢键等官能团也会由于多孔结构的形成而减少，从而促进了光生载流子的分离，以促进光催化性能。最后，在Fe单原子的作用下，重新分布的电子使材料更容易获得可见光，且氮气以化学吸附的方式被Fe/PCN吸附，有利于光催化氮还原反应的发生。
(2)本发明制备Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化剂的制备方法，通过一步煅烧法可以同时形成孔状结构和Fe单原子，具备工艺条件简单温和、成本低廉，绿色无污染，适合大规模生产等特点。
(3)本发明制备Fe/PCN复合光催化剂的制备方法中使用氯化铵作为双模板。具体表现为双氰胺受热会分解成NH3和HCl气体，在g-C3N4聚合过程中形成气泡，从而形成孔状结构，为气泡模板。酸性HCl气体可将Fe颗粒氧化并生成Fe盐，Fe离子分散到氮化碳上被“氮腔”捕获形成孤立的Fe位点，为酸性气体模板。不仅增加了复合光催化体系反应活性位和光催化反应中心，还实现了Fe单原子在孔状g-C3N4上面的稳定负载。更重要的是，Fe单原子是利用金属直接原子化形成，极大缩减了常规合成单原子的繁琐过程。
(4)本发明制备Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料在常温常压下可以还原N2合成氨。
(5)本发明制备Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料改变了传统氮化碳光催化还原N2合成氨的路径(从缔合远端路径变成缔合交替路径)。主要原因是引入Fe单原子后，使氮化碳结构中的电子重新分布和带隙变窄，使材料更容易获得可见光，抑制了光生电子和空穴的复合，提高了PCNRR活性。另外，在Fe存在下，氮气由物理吸附转为化学吸附，并通过缔合交替途径还原为NH3。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为对比例1-2以及实施例1-4所制备的块状氮化碳，孔状氮化碳以及Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料的XRD衍射图谱；
图2中(a)、(b)、(c)和(d)分别为对比例1、对比例2、实施例3和实施例4所制备的光催化材料的扫描电镜图；
图3为对比例1-2、实施例1-4所制备的光催化材料在全光下光催化氮还原的性能图；
图4为对比例2、实施例1-4所制备的光催化材料的带隙图；
图5中(a)为对比例2的DOS图、(b)为本申请实施例的Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料的用DFT计算的理论构型的DOS图；
图6为本申请实施例的Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料的PDOS图；
图7是对比例2和本申请实施例的光催化氮还原路径图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料及制备方法具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
一种Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：首先，称取10mg纳米Fe颗粒、10g双氰胺和10g氯化铵于研钵中研磨混合均匀(在手套箱中操作)，然后将混合物转入石英舟内，并置于管式马弗炉真空环境下以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，保温时间为3h，煅烧结束后自然冷却至室温即得所述Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料。
其中，纳米Fe颗粒的购买厂家是上海超威纳米科技有限公司，具体规格为50nm的Fe颗粒。
由本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料的XRD衍射图谱见图1。从XRD图中可以看出，本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料(100)和(002)两个特征峰，说明了氮化碳的成功制备。并且，本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料没有新的特征峰，特别是没有属于Fe的特征峰，说明Fe单原子的负载不会破坏氮化碳的结构且Fe在氮化碳上高度分散。
本实施例所制备的光催化材料在全光下光催化氮还原的性能图见图3。具体氨产率(产氨速率)为：25.47±0.64μmol g-1 cat h-1。
本实施例所制备的光催化材料Fe/PCN的带宽比常规g-C3N4窄，从而可以扩大可见光吸收范围，具体地，根据图4所述材料的带隙图所示，由DRS数据计算得出带隙为：3.02eV。
本实施例中，所述光催化氮还原的实验具体操作过程为：将30mg的光催化剂与30mL 0.1mol/L Na2SO4溶液一同加入100mL反应器中，搅拌使光催化剂在反应液中分散均匀。随后以40mL/min的速率通入N2鼓泡30min，以去除反应液中的气体杂质，达到氮饱和。然后用300W氙灯照射反应器，光照时持续通入N2并搅拌。光照1小时后收集4mL反应液检测合成氨含量。
本实施例使用靛酚蓝分光光度法测量产氨量。具体为分别将4mL一系列浓度的标准NH4Cl溶液(溶剂为0.1mol/L Na2SO4溶液)与50μL氧化溶液(NaClO溶液)，500μL着色溶液(水杨酸-酒石酸钾钠溶液)和50μL催化剂溶液(亚硝基铁***溶液)混合。同时，将收集到的4mL反应液按上述步骤进行操作。得到的混合液静置两小时后，在800nm至500nm范围内进行UV-vis测量。从660nm处的吸光度获得校准曲线，光催化氮还原反应(PCNRR)中样品的氨产率(YNH3)使用以下公式计算：
YNH3＝(CNH4Cl×0.318×V)/(17×t×m)
其中：CNH4Cl为测量浓度，V为溶液体积，t为光催化时间，m为催化剂的质量。
实施例2
一种Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：首先，称取20mg纳米Fe颗粒、10g双氰胺和10g氯化铵于研钵中研磨混合均匀(在手套箱中操作)，然后将混合物转入石英舟内，并置于管式马弗炉真空环境下以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，保温时间为3h，煅烧结束后自然冷却至室温即得所述Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料。
由本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料的XRD衍射图谱见图1。同样，从XRD图中可以看出，本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料(100)和(002)两个特征峰，说明了氮化碳的成功制备。并且，Fe单原子的负载不会破坏氮化碳的结构且Fe在氮化碳上高度分散。
本实施例所制备的光催化材料在全光下光催化氮还原的性能图见图3。具体氨产率为：40.66±2.02μmol g-1 cat h-1。光催化氮还原实验和测量产氨量操作过程同实施例1。
本实施例所制备的光催化材料，根据图4所述材料的带隙图所示，由DRS数据计算得出带隙为：3.01eV。
实施例3
一种Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：首先，称取30mg纳米Fe颗粒、10g双氰胺和10g氯化铵于研钵中研磨混合均匀(在手套箱中操作)，然后将混合物转入石英舟内，并置于管式马弗炉真空环境下以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，保温时间为3h，煅烧结束后自然冷却至室温即得所述Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料。
由本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料的氮气吸附等温线数据见表1。
表1：氮气吸附等温线数据
Table 1.Data of N2-Sorption Isotherms.
表1显示了对比例1、对比例2和实施例3的孔容和孔径。对比例2的比表面积大于实施例3大于对比例1，说明了多孔结构的成功合成，多孔结构增加了g-C3N4的比表面积，从而能够暴露出更多的光催化活性中心。实施例3的孔径大于对比例2，但孔容小于对比例2，这可能是由于在负载Fe的过程中，PCN的部分孔隙被Fe离子堵住了，从而，也从侧面验证了Fe单原子的成功负载。对比例2的比表面积比实施例3大，但光催化效果却没有实施例3好，是因为多孔结构能够在一定程度上提高光催化氮还原性能，但起主导作用的还是Fe的负载。
由本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料的时间分辨荧光光谱数据见表2，τ为材料的荧光寿命数据，时间越短说明光生载流子的分离效率越高。
表2：样品的时间分辨荧光光谱数据
由本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料的XRD衍射图谱见图1。同样，从XRD图中可以看出，本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料(100)和(002)两个特征峰，说明了氮化碳的成功制备。并且，Fe单原子的负载不会破坏氮化碳的结构且Fe在氮化碳上高度分散。
图2c为本实施例所制备的光催化材料的扫描电镜图。从图2c可以看出，所述光催化材料呈现孔状结构，说明本实施例的制备方法以氯化铵为气泡模板成功制备出孔状氮化碳。
本实施例所制备的光催化材料在全光下光催化氮还原的性能图见图3。具体氨产率为：59.74±2.26μmol g-1 cat h-1。由图3可见所制备的Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料具有优异的光催化活性，其中实施例3材料的光催化氮还原速率最高。光催化氮还原实验和测量产氨量操作过程同实施例1。
催化剂暴露于能量大于其带隙的光下时，电子被激发并形成光生载流子参与反应。多孔结构暴露出大量的活性中心。此外，引入Fe单原子后，重新分布的电子和带隙变窄，使材料更容易获得可见光，抑制了光生电子和空穴的复合，提高了光催化氮还原合成氨活性。在Fe存在下，氮气由物理吸附转为化学吸附，并通过缔合交替途径还原为NH3。
本实施例所制备的光催化材料，根据图4所述材料的带隙图所示，由DRS数据计算得出带隙为：2.97eV。
图5a为用第一性原理(DFT)计算出的Fe/PCN在吸附氮气时的侧视图，可以看出Fe/PCN以化学吸附的方式吸附氮气。
从图6中，根据DOS图可以看出PCN的价带主要由N-2p轨道构成，导带主要由C-2p轨道组成。FPx的价带主要由Fe-3d轨道组成，导带主要由C-2p轨道组成。故而Fe单原子的引入可以改变氮化碳的局域电子结构。
在Fe单原子的作用下，光催化氮还原反应更容易进行。有两个原因，一个是由于Fe的引入，材料吸附氮气的方式由物理吸附转为化学吸附，能更好的利用氮气，具体数据参见图3。二是Fe的引入改变了孔状氮化碳光催化氮还原的反应路径，使其能够更容易进行。
根据附图5和附图6可以看出，对于对比例2的价带主要由N 2p轨道贡献，少量来自C 2p轨道。对比例2的导带主要由C 2p轨道贡献，少量来自于N 2p轨道。对于本实施例而言，价带主要由Fe 3p轨道组成，导带由C 2p轨道和N 2p轨道贡献。这说明Fe的引入改变了g-C3N4的局域电子结构，使得材料的导带和价带发生变化。结合图4，g-C3N4的局域电子重新分布，使得带隙变窄，从而使材料更容易获得可见光。
从附图7可知，针对本实施例，发生光催化氮还原反应的第二步加氢时，形成NNH2*的缔合远端路径所需克服自由能比形成NHNH*的缔合交替路径所需克服自由能多。说明吸附在Fe/PCN上的N2分子更可能以缔合交替路径进行光催化氮还原反应。针于对比例2而言，在光催化氮还原反应的第二步加氢过程中，形成NNH2*的缔合远端路径比形成NHNH*的缔合交替路径更容易发生。说明吸附在PCN上的N2分子更可能以缔合远端路径进行光催化氮还原反应。此外，在发生光催化氮还原反应的第一步加氢过程时，吸附在实施例上的N2分子更容易被氢化成N2H*。上述结果表明，Fe的引入改变了光催化还原氮气的路径并使光催化氮还原反应朝着更有利的方向进行。
实施例4
一种Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：首先，称取40mg纳米Fe颗粒、10g双氰胺和10g氯化铵于研钵中研磨混合均匀(在手套箱中操作)，然后将混合物转入石英舟内，并置于管式马弗炉真空环境下以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，保温时间为3h，煅烧结束后自然冷却至室温即得所述Fe单原子负载孔状氮化碳复合光催化材料。
由本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料的XRD衍射图谱见图1。同样，从XRD图中可以看出，本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料(100)和(002)两个特征峰，说明了氮化碳的成功制备。并且，Fe单原子的负载不会破坏氮化碳的结构且Fe在氮化碳上高度分散。
图2d为本实施例所制备的光催化材料的扫描电镜图。从图2d可以看出，所述光催化材料呈现孔状结构，说明本实施例的制备方法以氯化铵为气泡模板成功制备出孔状氮化碳。
本实施例所制备的光催化材料在全光下光催化氮还原的性能图见图3。具体产氨产率为：47.65±1.05μmol g-1 cat h-1。光催化氮还原实验和测量产氨量操作过程同实施例1。
本实施例所制备的光催化材料，根据图4所述材料的带隙图所示，由DRS数据计算得出带隙为：2.95eV。
实施例4的光催化性能弱于实施例3的原因是过量的Fe纳米粒子可能会富集形成Fe-Fe键。而我们的目的是形成孤立的Fe位点形成Fe-N4配位，而不是形成Fe-Fe键。且过量的铁纳米粒子可能会作为光生电子-空穴对的复合中心，影响光催化还原氮气的性能。
对比例1
一种块状氮化碳光催化材料的制备方法，包括如下步骤：首先，称取10g双氰胺充分研磨，然后转入石英舟内，并置于在管式马弗炉中真空环境下以5℃/min的升温速率加热至550℃煅烧3h，煅烧结束后自然冷却至室温即得块状氮化碳。
通过该对比例的制备方法所制备的块状氮化碳光催化材料的氮气吸附等温线数据见表1。
通过该对比例的制备方法所制备的块状氮化碳光催化材料的时间分辨荧光光谱数据见表2。
由本实施例的制备方法所制备的复合光催化材料的XRD衍射图谱见图1。从XRD图中可以看出，通过对比例所制备的块状氮化碳光催化材料有(100)和(002)两个特征峰，说明了氮化碳的成功制备，并没有出现属于Fe的特征峰，对比例1制备的是是纯氮化碳(对比例1中没有加Fe)。
图2a为本实施例所制备的光催化材料的扫描电镜图。从图2a可以看出，所述光催化材料呈现块状结构。
本实施例所制备的光催化材料在全光下光催化氮还原的性能图见图3。具体氨产率为：11.66±0.49μmol g-1 cat h-1。
对比例2
一种孔状氮化碳光催化材料的制备方法，包括如下步骤：首先，按质量比1:1称取10g双氰胺与10g氯化铵于研钵中研磨混合均匀，然后将混合物转入石英舟内，并置于管式马弗炉真空环境下以5℃/min的升温速率加热至550℃进行煅烧，保温时间为3h，煅烧结束后自然冷却至室温即得所述孔状氮化碳。
通过该对比例的制备方法所制备的孔状氮化碳光催化材料的氮气吸附等温线数据见表1。
通过该对比例的制备方法所制备的孔状氮化碳光催化材料的时间分辨荧光光谱数据见表2。
本实施例所制备的光催化材料在全光下光催化氮还原的性能图见图3。具体氨产率为：22.32±0.43μmol g-1 cat h-1。
本实施例所制备的光催化材料，根据图4所述材料的带隙图所示，由DRS数据计算得出带隙为：3.03eV。当能量大于其带隙的光照射催化剂后，电子被激发并形成光生载流子参与反应。多孔结构暴露出大量的活性中心。此外，引入Fe单原子后，重新分布的电子和带隙变窄，使材料更容易获得可见光，抑制了光生电子和空穴的复合，提高了PCNRR活性。在Fe存在下，氮气由物理吸附转为化学吸附，并通过缔合交替途径还原为NH3。
通过图7，我们可以看出，对比例2较容易发生的是缔合远端(distal)路线。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将1～4重量份的纳米Fe颗粒、500～1500重量份的双氰胺和500～1500重量份的氯化铵置于研钵中，在手套箱中研磨并混合均匀形成混合物；
步骤2，将所述混合物转入石英舟内，置于管式马弗炉中在真空环境下进行煅烧2～6小时，煅烧时的温度300～600℃，煅烧结束后自然冷却至室温即得Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述管式马弗炉的升温速率为5℃/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述Fe颗粒为直径50nm的Fe颗粒。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述双氰胺和所述氯化铵的质量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述纳米Fe颗粒的质量为10～40mg，所述双氰胺的质量为5～15g，所述双氰胺的质量为5～15g。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
所述纳米Fe颗粒的质量为30mg，所述双氰胺的质量为10g，所述双氰胺的质量为10g。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述煅烧时的温度为550℃。
8.Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料，其特征在于，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料由权利要求1～7中任一项所述的制备方法制备而成，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料为多孔材料，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的响应波长为390nm-780nm。
9.根据权利要求8所述的Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料，其特征在于，
所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料在光催化氮还原合成氨时的响应波长为395～620nm，所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的带宽为2.95～3.02eV；
Fe以Fe-N4配位的形式连接在孔状氮化碳上，Fe-N1键长为
Fe-N2键长为
Fe-N3键长为
Fe-N4键长为
所述Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料的光催化氮还原路径为缔合交替路径。
10.Fe单原子负载孔状氮化碳光催化材料在光催化氮还原合成氨中的应用，所述光催化材料为权利要求8或9中的光催化材料。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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