本发明涉及生物医药，具体为一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法及应用。
背景技术：
1、太阳能作为清洁能源，将其转化为化学能以解决能源及环境问题受到广泛关注，在能量转化过程中，稳定高效的光催化剂是该技术大规模应用的关键。太阳光中的可见光约占43%，而常见的金属有机物光催化剂，如二氧化钛基半导体，其宽带隙限制了可见光吸收能力，金红石和锐钛矿的带隙能量分别为3.0和3.2 ev，聚合物氮化碳（carbon nitride，cn）带隙为2.7 ev，具有自发的可见光活性，能够吸收波长小于460 nm的光，成本低，且具有优异的化学稳定性，然而，由于其固有的缺陷，未改性的cn在实际应用中仍面临各种障碍，因此需要对cn进行修饰，开发可见光响应的光催化剂。
2、此外，光催化剂应用于酚类废水处理中是一种绿色可持续的方式，可以有效清除广泛存在于石油炼制、农用化学品和染料生产过程中的苯酚，避免由于苯酚未经处理排放对人体健康的危害。即，利用可见光下光催化还原氧气（o2）产生的羟基自由基（•oh，标准氧化还原电位为2.8 v）清除苯酚，具体步骤见公式1~公式3。
3、
4、其中，聚合物氮化碳（cn）的庚嗪环与苯酚的苯环间存在π-π相互作用，且cn的能带结构能够满足o2/h2o2和h2o2/(•oh + oh-)两个反应的催化要求，因此cn极有可能成为一种理想的降解苯酚的光催化剂。但是，原始cn表面的o2吸附位点不足，且载流子复合导致参与反应的载流子有限，这些因素严重限制了酚类物质的光催化降解。
技术实现思路
1、本发明为了解决原始cn由于自身结构原因，表面o2吸附位点不足，载流子复合导致参与反应的载流子有限，限制了cn作为光催化剂的应用，进而影响催化效果，而引入氮空位影响光生电子（e-）向o2还原位点的转移及光生空穴（h+）向苯酚氧化位点的转移，不利于双载流子转移通道的构建等一系列问题，本发明提供了一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法及应用。
2、本发明采用如下技术实现：
3、本发明提供一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，包括以下步骤：
4、a，理论计算
5、根据现有技术研究，原始cn表面o2吸附位点不足是cn的比表面积（sbet）小且表面惰性所导致的，而cn的平面结构中较大的三角形空位（称为“氮罐”），限制了载流子的转移和分离，阻碍了载流子参与表面反应，因此，向氮化碳中引入氮空位，可以提高氮化碳比表面积，同时为氧气还原剂苯酚氧化提供活性位点；但是，nv的引入使得相邻庚嗪环之间的距离更远，这会严重影响光生电子（e-）向o2还原位点的转移及光生空穴（h+）向苯酚氧化位点的转移。
6、在原始cn的引入氮空位的基础上，基于氮空位修饰氮化碳的基本结构，在“氮罐”中引入金属离子，金属离子包括fe3+、co2+、ni2+，利用“氮罐”的富电子特性，引入金属离子作为载流子转移的桥梁，有效拉近相邻庚嗪环的距离，从而缩短三电子键n2–n3之间的距离，促进h+的转移，构建催化剂基础结构模型（图2），并对催化剂的结构在gaussian软件中进行优化，采用密度泛函理论（density functional theory，dft）的b3lyp泛函方法在def2svp基团水平上对催化剂结构进行优化，并用gd3bj进行分散校正。
7、利用multiwfn计算静电势分布（electrostatic potential，esp）的波函数文件，将得到的波函数文件导入vmd，绘制esp图，获取点数据。
8、测量金属离子与氮罐之间形成的键合作用、催化剂表面esp分布、n2–n3距离参数；对引入的金属离子进行筛选，从而在nv修饰的氮化碳中构筑双载流子转移通道。
9、b，原始氮化碳纳米片的制备（cn）
10、将8~12 g的三聚氰胺放置于带盖坩埚中焙烧，焙烧温度从20 ℃起，以2~10 ℃/min的升温速率加热到500~600 ℃，并保持2~8 h，后将所得材料研磨30 min，制得原始氮化碳纳米片，即原始cn纳米片。
11、c，氮空位修饰的氮化碳纳米片的制备（nv-cn）
12、将0.2~0.5 g的原始氮化碳纳米片放置在管式炉中在流动氩气保护下进行二次焙烧，焙烧温度从20 ℃起，以2~10 ℃/min的升温速率加热到500~550 ℃，并保持0.5~2 h，制得氮空位修饰的氮化碳纳米片，即nv-cn纳米片。
13、d，氮空位及金属离子双修饰的氮化碳的制备
14、将步骤c制备的氮空位修饰的氮化碳纳米片与包含步骤a筛选得到的金属离子的无机盐化合物溶于乙醇中，具体的，选用包含步骤a筛选得到的金属离子的硝酸盐化合物，如铁离子的硝酸盐化合物或钴离子的硝酸盐化合物或镍离子的硝酸盐化合物，搅拌10~30h，分离并用乙醇清洗沉淀，在60 ℃下干燥，制得氮空位及金属离子双修饰的氮化碳。通过二次焙烧及浸渍向氮化碳纳米片中引入氮空位及痕量金属离子，合成方法简单易操作。
15、进一步的，步骤d为氮空位及铁离子双修饰的氮化碳的制备（fe/nv-cn）
16、将0.01~0.05 mg的九水合硝酸铁和0.1~0.5 g的步骤c制备的氮空位修饰的氮化碳纳米片溶于15 ml乙醇中，常温下搅拌10~30 h，分离并用乙醇清洗沉淀，在60 ℃下干燥，制得氮空位及铁离子双修饰的氮化碳，即fe/nv-cn。
17、进一步的，步骤d为氮空位及钴离子双修饰的氮化碳的制备（co/nv-cn）：
18、将0.01~0.05 mg的六水合硝酸钴和0.1~0.5 g的原始氮化碳纳米片溶于15 ml乙醇中，常温下搅拌10~30 h，分离并用乙醇清洗沉淀，在60 ℃下干燥，制得氮空位及钴离子双修饰的氮化碳，即co/nv-cn。
19、进一步的，步骤d为氮空位及镍离子双修饰的氮化碳的制备（ni/nv-cn）：
20、将0.01~0.05 mg的六水合硝酸镍和0.1~0.5 g的原始氮化碳纳米片溶于15 ml乙醇中，常温下搅拌10~30 h，分离并用乙醇清洗沉淀，在60 ℃下干燥，制得氮空位及镍离子双修饰的氮化碳，即ni/nv-cn。
21、本发明还采用如下技术实现：
22、一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法的应用。
23、进一步的，氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法在酚类废水处理中的应用。
24、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
25、本发明所设计的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法及应用，通过密度泛函理论（density functional theory，dft）计算对金属离子进行筛选，然后合成相应材料，经活性数据对比及催化剂表征，引入金属离子克服了nv的引入使得相邻庚嗪环之间的距离更远，严重影响光生电子（e-）向o2还原位点的转移及光生空穴（h+）向苯酚氧化位点的转移的问题，探究出在nv修饰的cn界面处构筑双载流子转移通道的金属离子的选择原则。
26、利用简单的二次焙烧向氮化碳（cn）中引入氮空位（nv）及痕量金属离子，可以在提高氮化碳比表面积，增大cn的sbet的同时为o2的还原及苯酚的氧化提供活性位点。向nv修饰的cn的“氮罐”中引入合适的金属离子，不仅可以作为载流子转移的桥梁，还可以拉近相邻庚嗪环的距离，从而缩短三电子键n2–n3之间的距离，促进h+的转移，从而在nv修饰的cn界面处构筑双载流子转移通道。
27、本发明构筑的双载流子转移通道，能够将e-和h+分别快速迁移至o2还原位点及苯酚氧化位点，有效促进了苯酚的光催化降解反应，为苯酚光催化降解提供有效的光催化剂，为提高光催化苯酚降解效率提供了新的光催化剂调控策略，同时为利用dft计算筛选合适金属离子桥梁提供了相关依据。
1.一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：步骤d为氮空位及铁离子双修饰的氮化碳的制备
3.根据权利要求1所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：步骤d为氮空位及钴离子双修饰的氮化碳的制备：
4.根据权利要求1所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：步骤d为氮空位及镍离子双修饰的氮化碳的制备：
5.根据权利要求1所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：步骤b中，所述焙烧温度从20 ℃起，以2~10 ℃/min的升温速率加热到500-600 ℃，并保持2~8 h；步骤c中，所述焙烧温度从20 ℃起，以2~10 ℃/min的升温速率加热到500~550℃，并保持0.5~2 h。
6.根据权利要求1所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：步骤a中，采用密度泛函理论的b3lyp泛函方法在def2svp基团水平上对催化剂结构进行优化，并用gd3bj进行分散校正。
7.根据权利要求6所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：所述优化在gaussian软件中进行。
8.根据权利要求2~4中任一权利要求所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：步骤d中，所述搅拌在室温下进行。
9.根据权利要求1所述的一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法，其特征在于：步骤a中，所述金属离子包括fe3+，co2+，ni2+。
10.一种氮化碳界面处双载流子转移通道的构筑方法在酚类废水处理中的应用。
