一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂、制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂、制备方法和应用，将碳酸锌与三聚氰胺按比例混合后再煅烧，获得氧化锌与蜜勒胺单体的混合物，然后置于过量的盐酸水溶液中搅拌，此时所有氧化锌会溶解产生Zn2+，在此液相环境中Zn2+会与蜜勒胺中的吡啶氮充分配位，形成大量的Zn‑N键，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥后以500～600℃的煅烧温度在惰性气氛下煅烧2～4h，整个制备过程会释放大量的CO2和NH3，同时ZnO会充当硬模板，最终制备的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂具有较大的比表面积，光催化分解水性能优异，分散性好，可稳定储存。本发明的整个制备过程操作简单，可控性强，重复性好，原料廉价且来源广泛，绿色安全环保，适合大规模生产。

权利要求

1.一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1混合均匀得到混合物A；

S2，将混合物A在惰性气体氛围下进行煅烧获得固体B；

S3，将固体B置于盐酸水溶液中搅拌6～12h，然后依次经过过滤水洗、冷冻干燥后，得到固体C；

S4，将固体C在惰性气体氛围下进行煅烧即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1置于研钵中，通过研磨搅拌混合

10～30min得到均匀的混合物A。

3.根据权利要求1所述的一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，将混合物A在惰性气体氛围下，以5～10℃/min的升温速率从室温升至350～450℃的煅烧温度，再在350～450℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温得到固体B。

4.根据权利要求3所述的一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，惰性气体采用氮气或氩气。

5.根据权利要求1所述的一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特+征在于，S3中所用的盐酸水溶液浓度为0.5～1.5mol/L，加入的盐酸水溶液中H摩尔量为S1中所用碳酸锌摩尔量的2.1～3倍。

6.根据权利要求5所述的一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，搅拌转速为500～1000r/min，搅拌时间为6～12h，过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥的时长为12～24h，即可得到固体C。

7.根据权利要求1所述的一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，将固体C在惰性气体氛围下，以5～10℃/min的升温速率从室温升至500～600℃的煅烧温度，再在500～600℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

8.根据权利要求7所述的一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，其特征在于，惰性气体采用氮气或氩气。

9.根据权利要求1‑8任一项所述的方法制备得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

10.根据权利要求9所述的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂在光催化分解水、人工光合成、有机污染物降解或气体氧化/还原中的应用。

说明书

一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂、制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于单原子材料领域，具体涉及一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂、制备方法和应用。

背景技术

[0002] 金属单原子催化剂兼具优异的催化性能与近100％的原子利用率，在多个催化领域(热催化，电催化，光催化等)受到了持续关注与广泛研究。单原子具有极小的物理尺寸，因而其表面能极大。因此，一个能与金属单原子发生化学相互作用从而有效分散金属单原子的载体材料是不可或缺的，这不仅可以保证金属单原子的稳定，还可以抑制金属单原子的团聚。聚合物氮化碳(PCN)的三均三嗪结构单元中具有丰富的吡啶氮原子，其带有大量的未成对电子，因此PCN能够通过形成强N‑金属键来为金属原子提供充足的锚定位点，因此PCN被认为是一种理想的金属单原子载体材料。与之伴随地，PCN的物理化学性质也会随着金属单原子的引入而发生变化。于是，得益于PCN良好调控的电子结构和金属单原子活性位点优异的催化性能，PCN基金属单原子催化剂中的电荷传输与表面反应动力学均得到了大幅加速，因而其在太阳能光催化分解水领域展示出了巨大的潜力。截至目前，已经成功开发了多种PCN基金属单原子光催化剂，如Pt/PCN(Angew.Chem.Int.Ed.2020,59,6224‑6229)，Pd/PCN(ACS Catal.2022,12,5077‑5093)，Ag/PCN(Angew.Chem.Int.Ed.2020,59,23112‑23116)，Co/PCN(Sci.Bull.2022,67,520‑528)等。这些单原子光催化剂均取得了一定的分解水能力。其中研究最多的当属贵金属单原子，但其制备成本往往较高。非贵金属单原子的研究主要集中在Co，其他用于光催化分解水的PCN基金属单原子光催化剂的研究还相对较少。为了早日实现高效的太阳能‑氢能转化，更多新颖的金属单原子光催化剂急需被开发，以向光催化剂的设计提供更多更有效的理论支持。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂、制备方法和应用，以克服现有技术的不足。

[0004] 一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

[0005] S1，将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1混合均匀得到混合物A；

[0006] S2，将混合物A在惰性气体氛围下进行煅烧获得固体B；

[0007] S3，将固体B置于盐酸水溶液中搅拌6～12h，然后依次经过过滤水洗、冷冻干燥后，得到固体C；

[0008] S4，将固体C在惰性气体氛围下进行煅烧即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0009] 优选的，S1中，将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1置于研钵中，通过研磨搅拌混合10～30min得到均匀的混合物A。

[0010] 优选的，将混合物A在惰性气体氛围下，以5～10℃/min的升温速率从室温升至350～450℃的煅烧温度，再在350～450℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温得到固体B。

[0011] 优选的，S3中所用的盐酸水溶液浓度为0.5～1.5mol/L，加入的盐酸水溶液中H+摩尔量为S1中所用碳酸锌摩尔量的2.1～3倍。

[0012] 优选的，搅拌转速为500～1000r/min，搅拌时间为6～12h，过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥的时长为12～24h，即可得到固体C。

[0013] 优选的，将固体C在惰性气体氛围下，以5～10℃/min的升温速率从室温升至500～600℃的煅烧温度，再在500～600℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0014] 优选的，惰性气体采用氮气或氩气。

[0015] 本发明提供一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0016] 本发明提供一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂在光催化分解水、人工光合成、有机污染物降解或气体氧化/还原中的应用。

[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

[0018] 本发明涉及一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，以三聚氰胺作为氮化碳的前驱体，以碳酸锌作为Zn源与模板，首先将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1混合均匀，然后以350～450℃的煅烧温度在惰性气体氛围下煅烧2～4h，获得氧化锌与蜜勒胺单体的混合物，然后置于过量的盐酸水溶液中搅拌，此时所有氧化锌会溶解产生2+ 2+
Zn ，在此液相环境中Zn 会与蜜勒胺中的吡啶氮充分配位，形成大量的Zn‑N键，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥后以500～600℃的煅烧温度在惰性气氛下煅烧2～4h，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。值得一提的是，此制备过程中会释放大量的CO2和NH3，同时ZnO会充当硬模板，最终制备的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂具有较大的比表面积，这将为催化反应提供丰富的表面活性位点，有助于获得更高的反应活性。本发明的整个制备过程操作简单，可控性强，重复性好，原料廉价且来源广泛，绿色安全环保，适合大规模生产。

[0019] 进一步的，在获得的三维多孔聚合物氮化碳基Zn单原子光催化剂中，Zn单原子以Zn‑N6配位结构稳定存在。

[0020] 进一步的，根据上述方法得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂中Zn的质量2 ‑1
百分比为2.09～4.79％，其最高比表面积可达224.99m g ，最高光催化分解水产氢速率可‑1 ‑1
达1172.9μmol h g 。

[0021] 本发明利用安全易于操作的中间体配位后再聚合的方法成功制备了三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂，得到的单原子催化剂结构新颖，光催化分解水性能优异，分散性好，可稳定储存，该方法在反应过程中无有机溶剂参与，能在一定程度上避免环境污染，同时由于氮化碳无毒的特性，使其能够广泛用于光催化分解水、人工光合成、有机污染物降解以及气体氧化/还原等领域。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例1中制备的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的数据图，其中图1a为球差电镜照片；图1b为同步辐射R空间数据；图1c为R空间拟合数据；图1d为扫描电镜照片；图1e为氮气吸附‑脱附数据；图1f为可见光光催化分解水产氢数据。

[0023] 图2为本发明实施例2中制备的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的数据图，其中图2a为氮气吸附‑脱附数据；图2b为可见光光催化分解水产氢数据。

[0024] 图3为本发明实施例3中制备的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的数据图，其中图3a为氮气吸附‑脱附数据；图3b为可见光光催化分解水产氢数据。

具体实施方式

[0025] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0026] 本发明一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

[0027] 步骤1)、将碳酸锌与三聚氰胺按质量比(0.5～2):1混合均匀得到混合物A；

[0028] 具体的，以研钵作为碳酸锌与三聚氰胺的载体，将按照质量比(0.5～2):1的碳酸锌与三聚氰胺置于研钵中，通过研磨搅拌混合10～30min得到均匀的混合物A；

[0029] 步骤2)、将混合物A在惰性气体氛围下进行煅烧获得固体B；

[0030] 具体的，将混合物A随坩埚一起放入管式炉中，向管式炉中通入惰性气体作为保护气体，将管式炉以5～10℃/min的升温速率从室温升至350～450℃的煅烧温度，再在350～450℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温，得到固体B；惰性气体采用氮气或氩气。

[0031] 步骤3)、将固体B置于盐酸水溶液中搅拌6～12h，然后依次经过过滤水洗、冷冻干燥后，得到固体C；

[0032] 采用盐酸水溶液浓度为0.5～1.5mol/L且其中H+摩尔量为步骤1)中所用碳酸锌摩尔量的2.1～3倍，搅拌转速为500～1000r/min，搅拌时间为6～12h，过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥的时长为12～24h；

[0033] 步骤4)、将固体C在惰性气体氛围下进行煅烧即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0034] 将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入惰性气体作为保护气体，将管式炉以5～10℃/min的升温速率从室温升至500～600℃的煅烧温度，再在500～600℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0035] 本发明一种三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的制备方法，通过安全易于操作的中间体配位后再聚合的方法制备得到三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂，得到的单原子催化剂结构新颖，光催化分解水性能优异，分散性好，可稳定储存，整个制备过程反应时间短，反应温度低，操作简单，可控性强，重复性好，原料廉价且来源广泛，绿色安全环保，利于规模化制备以及实际应用。本发明丰富了单原子光催化剂研究领域，为高效光催化剂的开发积累了宝贵经验。

[0036] 本发明的技术方案包括将Zn单原子原位锚定在三维多孔氮化碳上，在氮化碳的聚2+
合中间态阶段利用盐酸水溶液浸泡使Zn 与吡啶氮充分配位，同时实现了三维多孔结构，再结合过滤水洗、冷冻干燥、煅烧，得到三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0037] 本发明优选的具体技术方案，具体包括如下反应步骤：

[0038] 步骤1)、将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1混合均匀得到混合物A；

[0039] 具体地，将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1置于研钵中，通过研磨搅拌混合10～30min得到均匀的混合物A。

[0040] 步骤2)、将混合物A在惰性气体氛围下进行煅烧获得固体B；

[0041] 具体地，将混合物A放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气或氩气作为保护气体，将管式炉以5～10℃/min的升温速率从室温升至350～450℃的煅烧温度，再在350～450℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温，得到固体B。

[0042] 步骤3)、将固体B置于盐酸水溶液中搅拌6～12h，然后依次经过过滤水洗、冷冻干燥后，得到固体C；

[0043] 具体地，所用的盐酸水溶液浓度为0.5～1.5mol/L且其中H+摩尔量为步骤1)中所用碳酸锌摩尔量的2.1～3倍，搅拌转速为500～1000r/min，搅拌时间为6～12h，过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥的时长为12～24h。

[0044] 步骤4)、将固体C在惰性气体氛围下进行煅烧即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0045] 具体地，将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气或氩气作为保护气体，将管式炉以5～10℃/min的升温速率从室温升至500～600℃的煅烧温度，再在500～600℃的煅烧温度下煅烧2～4h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂中Zn的质量百分比
2 ‑1
为2.09～4.79％，其最高比表面积可达224.99m g ，最高光催化分解水产氢速率可达‑1 ‑1
1172.9μmol h g 。

[0046] 本发明将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1混合均匀，然后以350～450℃的煅烧温度在惰性气体氛围下煅烧2～4h，获得氧化锌与蜜勒胺单体的混合物，然后置于过2+ 2+
量的盐酸水溶液中搅拌，此时所有氧化锌会溶解产生Zn ，在此液相环境中Zn 会与蜜勒胺中的吡啶氮充分配位，形成大量的Zn‑N键，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥后以
500～600℃的煅烧温度在惰性气氛下煅烧2～4h，整个制备过程会释放大量的CO2和NH3，同时ZnO会充当硬模板，最终制备的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂具有较大的比表面积，光催化分解水性能优异，分散性好，可稳定储存。本发明的整个制备过程操作简单，可控性强，重复性好，原料廉价且来源广泛，绿色安全环保，适合大规模生产。

[0047] 如图1所示，图1a是材料的球差电镜照片，图1b是同步辐射R空间数据，图1c为R空间拟合数据，从图1a‑c可以得知Zn单原子成功锚定到了氮化碳上，且以Zn‑N6配位结构稳定存在；图1d为扫描电镜照片，图1e为氮气吸附‑脱附数据，从图1d,e可以得知获得的氮化碳基Zn单原子材料为三维多孔结构；图1f为可见光光催化分解水产氢数据，从图1f可以得知获得的三维多孔氮化碳基Zn单原子材料具有优异的可见光光催化分解水产氢性能。

[0048] 以下结合附图及若干本发明较佳的实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

[0049] 实施例1

[0050] 1)、将4g碳酸锌与2g三聚氰胺研磨搅拌混合30min得到均匀的混合物A。

[0051] 2)、将混合物A放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氩气作为保护气体，将管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至400℃，再在400℃下煅烧2h，然后自然冷却至室温，得到固体B。

[0052] 3)、将固体B置于1.0mol/L盐酸水溶液(80mL)中以600r/min的转速搅拌12h，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥24h后，得到固体C。

[0053] 4)、将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氩气作为保护气体，将管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至520℃，再在520℃下煅烧4h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂中Zn的质量百分比为4.79％，性质参数如图1所示。

[0054] 实施例2

[0055] 1)、将2g碳酸锌与2g三聚氰胺研磨搅拌混合30min得到均匀的混合物A。

[0056] 2)、将混合物A放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氩气作为保护气体，将管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至400℃，再在400℃下煅烧2h，然后自然冷却至室温，得到固体B。

[0057] 3)、将固体B置于1.0mol/L盐酸水溶液(40mL)中以600r/min的转速搅拌12h，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥24h后，得到固体C。

[0058] 4)、将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氩气作为保护气体，将管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至520℃，再在520℃下煅烧4h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂中Zn的质量百分比为3.63％，性质参数如图2所示。

[0059] 实施例3

[0060] 1)、将1g碳酸锌与2g三聚氰胺研磨搅拌混合30min得到均匀的混合物A。

[0061] 2)、将混合物A放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氩气作为保护气体，将管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至400℃，再在400℃下煅烧2h，然后自然冷却至室温，得到固体B。

[0062] 3)、将固体B置于1.0mol/L盐酸水溶液(20mL)中以600r/min的转速搅拌12h，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥24h后，得到固体C。

[0063] 4)、将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氩气作为保护气体，将管式炉以5℃/min的升温速率从室温升至520℃，再在520℃下煅烧4h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂中Zn的质量百分比为2.09％，性质参数如图3所示。

[0064] 实施例4

[0065] 1)、将4g碳酸锌与2g三聚氰胺研磨搅拌混合15min得到均匀的混合物A。

[0066] 2)、将混合物A放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气作为保护气体，将管式炉以10℃/min的升温速率从室温升至400℃，再在400℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，得到固体B。

[0067] 3)、将固体B置于0.5mol/L盐酸水溶液(160mL)中以800r/min的转速搅拌10h，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥21h后，得到固体C。

[0068] 4)、将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气作为保护气体，将管式炉以10℃/min的升温速率从室温升至550℃，再在550℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0069] 实施例5

[0070] 1)、将2g碳酸锌与2g三聚氰胺研磨搅拌混合15min得到均匀的混合物A。

[0071] 2)、将混合物A放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气作为保护气体，将管式炉以10℃/min的升温速率从室温升至400℃，再在400℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，得到固体B。

[0072] 3)、将固体B置于0.5mol/L盐酸水溶液(80mL)中以800r/min的转速搅拌10h，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥21h后，得到固体C。

[0073] 4)、将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气作为保护气体，将管式炉以10℃/min的升温速率从室温升至550℃，再在550℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0074] 实施例6

[0075] 1)、将1g碳酸锌与2g三聚氰胺研磨搅拌混合15min得到均匀的混合物A。

[0076] 2)、将混合物A放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气作为保护气体，将管式炉以10℃/min的升温速率从室温升至400℃，再在400℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，得到固体B。

[0077] 3)、将固体B置于0.5mol/L盐酸水溶液(40mL)中以800r/min的转速搅拌10h，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥21h后，得到固体C。

[0078] 4)、将固体C放入坩埚后一起放入管式炉中，向管式炉中通入氮气作为保护气体，将管式炉以10℃/min的升温速率从室温升至550℃，再在550℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。

[0079] 本发明首先将碳酸锌与三聚氰胺按照质量比(0.5～2):1混合均匀，然后以350～450℃的煅烧温度在惰性气体氛围下煅烧2～4h，获得氧化锌与蜜勒胺单体的混合物，然后
2+ 2+
置于过量的盐酸水溶液中搅拌，此时所有氧化锌会溶解产生Zn ，在此液相环境中Zn 会与蜜勒胺中的吡啶氮充分配位，形成大量的Zn‑N键，然后过滤水洗至上清液为中性，冷冻干燥后以500～600℃的煅烧温度在惰性气氛下煅烧2～4h，即可获得目标产物三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂。值得一提的是，此制备过程中会释放大量的CO2和NH3，同时ZnO会充当硬模板，最终制备的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂具有较大的比表面积，这将为催化反应提供丰富的表面活性位点，有助于获得更高的反应活性。本发明的整个制备过程操作简单，可控性强，重复性好，原料廉价且来源广泛，绿色安全环保，适合大规模生产。本发明利用安全易于操作的中间体配位后再聚合的方法成功制备了三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂，得到的单原子催化剂结构新颖，光催化分解水性能优异，分散性好，可稳定储存，该方法在反应过程中无有机溶剂参与，能在一定程度上避免环境污染，同时由于氮化碳无毒的特性，使其能够广泛用于光催化分解水、人工光合成、有机污染物降解以及气体氧化/还原等领域。

[0080] 图1至图3为实施例1至实施例3得到的三维多孔氮化碳基Zn单原子光催化剂的性能参数数据，可以看出，通过本发明得到的三维多孔聚合物氮化碳基Zn单原子光催化剂中，Zn单原子以Zn‑N6配位结构稳定存在，Zn的质量百分比为2.09～4.79％，其最高比表面积可2 ‑1 ‑1 ‑1
达224.99m g ，最高光催化分解水产氢速率可达1172.9μmol h g 。

[0081] 需要指出的是，以上说明及优选实施例不可解释为限定本发明的设计思想。本领域技术人员可以将本发明的技术性思想以多样的形态改良变更，这样的改良及变更应理解为属于本发明的保护范围内。