本发明属于材料技术领域，特别涉及一种光催化剂材料及制备方法。
背景技术：
人类大量消耗化石燃料，造成了能源危机，也向生态环境排放废水、废气、废渣等污染物，引起严重的环境问题，这已经危害到人类的健康和社会的可持续发展。光催化技术是以半导体材料为载体，利用太阳能转化为清洁的化学能，或者产生活性基团直接降解、矿化有机污染物。光催化技术在解决能源危机和环境领域的问题方面，具有很好的应用前景。石墨相氮化碳是一种不含金属元素的半导体材料，具有制备成本低廉、稳定的物理化学性质、无毒无害等优点，同时合适的半导体禁带宽度、较好的可见光响应、良好的催化活性，使得氮化碳在光催化领域具有潜在应用。但是，氮化碳光生载流子寿命较短，量子效率较低和光腐蚀严重，限制了其光催化活性的提高，进而阻碍了大规模工业化应用。
碱式碳酸铋半导体材料是一种廉价的金属化合物材料，其物理化学性质稳定，环境亲和性好，制备方法简单。但碱式碳酸铋的禁带宽度较大，不利于吸收利用可见光波段太阳光，光催化活性较低，不适合在光催化领域的应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高光催化活性、高光催化稳定性的碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法。本发明主要是热处理柠檬酸铋和尿素的混合物，制备少量碱式碳酸铋修饰的氮化碳材料。
本发明的碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂的化学成分质量百分比(wt.％)为：碱式碳酸铋为0.1-1.5，其余为石墨相氮化碳。碱式碳酸铋纳米颗粒主要分布在氮化碳纳米片表面，边缘或者插入到氮化碳纳米片层间。
上述碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂的制备方法如下：
(1)按每30克尿素加入5-20毫克柠檬酸铋的比例，将尿素和柠檬酸铋放入玛瑙研钵中，充分搅拌、研磨、混合20分钟；
(2)将上述混合物放入氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟置于马弗炉里进行热处理，其升温程序为：以每分钟2-30度的升温速率从室温升至450-600度，并保温1-2小时，然后随炉冷却至室温。
(3)将步骤(2)得到的粉末放入玛瑙研钵中，充分研磨成1-5微米的粉末，得到碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、制备方法简单方便；
2、制备的碱式碳酸铋修饰氮化碳复合材料仍保留了纯碱式碳酸铋和氮化碳的优点，如制备成本低廉、原料易得、物理化学性质稳定和无毒无害等；
3、制备的碱式碳酸铋修饰的氮化碳材料具有更高的光催化活性，相比纯氮化碳更适合于光催化领域的工业化大规模应用。
附图说明
图1为实施例1制得的碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂的x射线粉末衍射图(xrd)；
图2为实施例1制得的碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂的透射电子显微镜图(tem)；
图3为实施例1、3、5所得的碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂及纯氮化碳光解水制氢图。
具体实施方式
实施例1
将30克尿素(天津凯通化学试剂有限公司)和10毫克的柠檬酸铋(天津凯玛生化有限公司)放入玛瑙研钵中，充分搅拌、研磨、混合20分钟，将上述混合物放入到氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里进行热处理，以每分钟10度的升温速率从室温升至500度，保温2小时，然后随炉冷却至室温，再放入玛瑙研钵中，充分研磨成1-5微米的粉末，得到碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂。
如图1所示，碱式碳酸铋修饰的氮化碳光催化剂的x射线衍射图中主要是氮化碳的衍射峰。
如图2所示，在碱式碳酸铋修饰的氮化碳光催化剂的透射电子显微镜照片中，碱式碳酸铋分布在氮化碳纳米层的边缘或者层间。
如图3所示，碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂的光催化分解水制氢性能测试：300瓦氙灯为光源，50毫克氮化碳光催化剂，8毫升三乙醇胺，4毫升氯铂酸(1毫克每毫升)，68毫升水，其五小时产氢量为4.8毫摩尔每克，纯氮化碳为1.6毫摩尔每克。
实施例2
将30克尿素(天津凯通化学试剂有限公司)和5毫克的柠檬酸铋(天津凯玛生化有限公司)放入玛瑙研钵中，充分搅拌、研磨、混合20分钟，将上述混合物放入到氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里进行热处理，以每分钟2度的升温速率从室温升至500度，保温1小时，然后随炉冷却至室温，再放入玛瑙研钵中，充分研磨成1-5微米的粉末，得到碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂。
碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂的光催化分解水制氢性能测试：300瓦氙灯为光源，50毫克氮化碳光催化剂，8毫升三乙醇胺，4毫升氯铂酸(1毫克每毫升)，68毫升水，其五小时产氢量为2.5毫摩尔每克，纯氮化碳为1.6毫摩尔每克。
实施例3
将30克尿素(天津凯通化学试剂有限公司)和20毫克的柠檬酸铋(天津凯玛生化有限公司)放入玛瑙研钵中，充分搅拌、研磨、混合20分钟，将上述混合物放入到氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里进行热处理，以每分钟30度的升温速率从室温升至500度，保温2小时，然后随炉冷却至室温，再放入玛瑙研钵中，充分研磨成1-5微米的粉末，得到碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂。
如图3所示，碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂的光催化分解水制氢性能测试：300瓦氙灯为光源，50毫克氮化碳光催化剂，8毫升三乙醇胺，4毫升氯铂酸(1毫克每毫升)，68毫升水，其五小时产氢量为3.7毫摩尔每克，纯氮化碳为1.6毫摩尔每克。
实施例4
将30克尿素(天津凯通化学试剂有限公司)和10毫克的柠檬酸铋(天津凯玛生化有限公司)放入玛瑙研钵中，充分搅拌、研磨、混合20分钟，将上述混合物放入到氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里进行热处理，以每分钟10度的升温速率从室温升至450度，保温2小时，然后随炉冷却至室温，再放入玛瑙研钵中，充分研磨成1-5微米的粉末，得到碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂。
碱式碳酸铋修饰氮化碳材料的光催化分解水制氢性能测试：300瓦氙灯为光源，50毫克氮化碳光催化剂，8毫升三乙醇胺，4毫升氯铂酸(1毫克每毫升)，68毫升水，其五小时产氢量为4.3毫摩尔每克，纯氮化碳为1.6毫摩尔每克。
实施例5
将30克尿素(天津凯通化学试剂有限公司)和10毫克的柠檬酸铋(天津凯玛生化有限公司)放入玛瑙研钵中，充分搅拌、研磨、混合20分钟，将上述混合物放入到氧化铝瓷方舟中，然后将瓷方舟放置于马弗炉里进行热处理，以每分钟10度的升温速率从室温升至600度，保温2小时，然后随炉冷却至室温，再放入玛瑙研钵中，充分研磨成1-5微米的粉末，得到碱式碳酸铋修饰的石墨相氮化碳光催化剂。
如图3所示，碱式碳酸铋修饰氮化碳材料的光催化分解水制氢性能测试：300瓦氙灯为光源，50毫克氮化碳光催化剂，8毫升三乙醇胺，4毫升氯铂酸(1毫克每毫升)，68毫升水，其五小时产氢量为3.8毫摩尔每克，纯氮化碳为1.6毫摩尔每克。