发明涉及光催化材料制备，具体为一种单原子光催化材料的制备方法以及应用。
背景技术：
1、现有技术中的单原子催化剂，是一种将单个金属原子有效锚定在支撑材料上的先进材料。这类催化剂因其高原子利用率，在多相催化反应中显示出卓越性能，代表了催化领域的研究前沿。单原子催化剂之所以备受关注，是因为与纳米团簇、纳米颗粒和大块金属相比，它们在催化反应中的活性位点展现出独特的电子结构和未饱和配位特性，致使其催化活性和选择性显著提高；此外，每个金属原子均可作为催化位点，理论上达到100%的原子利用率。这些单个金属原子通过与载体表面原子或配体的共价或离子作用实现稳定，金属与载体的相互作用进一步引起金属原子表面的部分电荷变化。特别是在光催化领域，单原子的引入通过改变载体的能带结构和电子结构，可影响光吸收、载流子分离与迁移、表界面反应等关键步骤。单原子的嵌入优化了载体的光吸收特性和电荷传递动力学，同时可以通过不同的金属-载体相互作用定制表面结构，加强对反应物的吸附和活化。这些特性赋予单原子催化剂在提升光催化性能方面的巨大潜力。
2、尽管单原子催化剂在理论上具有巨大潜力，但它们在合成过程中面临着原子迁移和团聚的困难，这严重限制了其在实际应用中的稳定性和效率。目前，缺乏一种能够可靠且有效控制单原子分散和稳定性的制备方法。
3、更重要的是，对于光催化材料而言，其性能在很大程度上受限于光吸收范围、载流子的有效分离及迁移能力，以及表界面反应的动力学。现有的光催化剂通常在可见光波段的催化效率不高，限制了它们在室内光催化应用中的性能，尤其是在进行空气净化，如甲醛的分解以及抗菌处理方面。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，发明提供了一种单原子光催化材料的制备方法以及应用，解决了上述背景技术所提出的问题。
2、为实现以上目的，发明通过以下技术方案予以实现：一种单原子光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
3、s1.将光催化材料球磨成纳米粉体；
4、s2.将步骤s1中所述的粉体浸渍金属盐溶液并烘干；
5、s3.将步骤s2得到的粉体放入缠有通电的环形线圈或放置在强磁体空腔内的管式炉中，在管式炉内通入氢气并加热；
6、s4.将步骤s3得到的粉体进行球磨得到单原子光催化材料。
7、优选的，所述步骤s1中的所述光催化材料为氧化锌、二氧化锆、三氧化二铁、氧化铜、二氧化钛和氮化碳中的一种或一种以上混合形成的混合物，且混合物中任一种催化材料的质量占比不低于总质量的0.5%。
8、优选的，步骤s1中所述球磨后纳米光催化材料的粒径为5～1000纳米。
9、优选的，步骤s2中的所述金属盐为硝酸铁、氯化银、氯化钌、乙酸金或氯铂酸；
10、步骤s2中的所述金属盐溶液中金属离子的浓度为0.1～10摩尔/升；
11、步骤s2中的所述粉体在金属盐溶液中的浓度为0.1～10摩尔/升。
12、优选的，步骤s2中的所述浸渍时间为0.1～12小时。
13、优选的，步骤s3中的所述通电的环形线圈产生的磁场强度为0～0.5特斯拉。
14、优选的，步骤s3中的所述加热温度为80～600°c，加热时间为3.5～20小时。
15、优选的，步骤s4中的所述球磨时间为1～20小时。
16、一种单原子光催化材料的制备方法所制备的单原子光催化材料在抗菌除醛中的应用。
17、有益效果
18、发明提供了一种单原子光催化材料的制备方法及其应用，本发明首先通过球磨技术增加光催化材料的表面积，并在其表面形成大量缺陷位点，这些位点为后续的单原子负载提供了众多活性位点。接着，利用外加磁场诱导氢原子的运动方向，加强氢原子对光催化材料上金属离子的还原效率。同时，磁场作用下氢原子核外电子的旋转频率发生变化（塞曼效应），此现象引起氢原子电子能级的分裂，从而进一步实现金属离子的高效还原。这一过程使金属离子在光催化材料表面还原成单原子状态，形成单原子负载光催化材料。与现有技术相比，本发明的方法通过磁场控制实现了单原子光催化材料的高含量制备，并有效控制了结构，通过单原子与基体材料形成的大量异质结构有效降低了材料的禁带宽度，提高了光生载流子的分离效率。因此，本发明的单原子光催化材料在可见光波段表现出优异的光催化效率，适用于日常生活中高效降解甲醛、分解细菌和病毒，从而改善室内空气质量。
19、本发明通过外加磁场制备含高量单原子的光催化材料，有效防止了金属原子团聚，避免团簇或颗粒的形成。磁场加速了氢原子的运动并引起电子能级分裂，显著提高了氢气的还原效率，从而高效还原金属离子至单原子级。这种方法不仅实现了单原子光催化材料的宏观制备和精准结构控制，而且通过形成大量异质结构降低了材料的禁带宽度并提升了光生载流子的分离效率。这些改进使得材料在可见光波段展现出卓越的光催化效率，适用于室内环境中进行抗菌和除醛处理，显著提升室内空气质量。
1.一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的所述光催化材料为氧化锌、二氧化锆、三氧化二铁、氧化铜、二氧化钛和氮化碳中的一种或一种以上混合形成的混合物，且混合物中任一种催化材料的质量占比不低于总质量的0.5%。
3.根据权利要求1所述的一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述球磨后纳米光催化材料的粒径为5～1000纳米。
4.根据权利要求1所述的一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中的所述金属盐为硝酸铁、氯化银、氯化钌、乙酸金或氯铂酸；
5.根据权利要求1所述的一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中的所述浸渍时间为0.1～12小时。
6.根据权利要求1所述的一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中的所述通电的环形线圈产生的磁场强度为0～0.5特斯拉。
7.根据权利要求1所述的一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中的所述加热温度为80～600°c，加热时间为3.5～20小时。
8.根据权利要求1所述的一种单原子光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中的所述球磨时间为1～20小时。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种单原子光催化材料的制备方法所制备的单原子光催化材料在抗菌除醛中的应用。
