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CN119896237B - 一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进植物生长中的应用 - Google Patents

一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进植物生长中的应用

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CN119896237B
CN119896237B CN202510085227.9A CN202510085227A CN119896237B CN 119896237 B CN119896237 B CN 119896237B CN 202510085227 A CN202510085227 A CN 202510085227A CN 119896237 B CN119896237 B CN 119896237B
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ultrathin
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井立强
张紫晴
李卓
王国薇
胡康
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Heilongjiang University
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Heilongjiang University
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Abstract

一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进植物生长中的应用，它涉及纳米农业技术领域。本发明的目的是要解决当前植物太阳光谱利用率低导致光合作用效率低的问题。方法：将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片配置成一定浓度的水分散液，再将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的分散液喷施到植物的叶面，对植物具有较好的促生效果；显著提高了植物的鲜重和干重。且其对植物的促生效果与光催化剂的水氧化性能正相关。金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片因其良好的稳定性、来源广泛且具有良好的生物相容性，对生态和环境友好，符合可持续发展的要求，可广泛用于作物种植。本发明为提高植物光合作用效率，促农作物增产、增收提供了新方法。

Description

一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进 植物生长中的应用
技术领域
本发明涉及纳米农业技术领域，具体涉及一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进植物生长中的应用。
背景技术
化石能源的短缺和环境污染的加剧，使人们对高效利用太阳能的渴望与日俱增。自然光合作用是大自然利用太阳能最成功的途径之一。然而，由于植物对光能的转换效率较低，导致低的光合作用效率。因此，发展绿色、可行的方式提高植物光合作用效率，促进植物增产、增收具有重要意义。
光催化技术(又称人工光合作用)的原理是半导体被光激发产生光生电子-空穴对，它们分别迁移至催化剂的表面引发一系列的氧化还原反应，如H2O分解、CO2还原和N2固定。因此，人工光合作用促进自然光合作用，通过拓展自然光合作用的光谱利用范围，以及通过改善光催化剂的水氧化性能产生的长寿命光生电子向植物叶绿体的转移，有望提高自然光合作用效率并促进植物生长。
氮化碳(CN)作为一种广泛应用的半导体光催化剂，因其稳定性好、来源广泛且具有良好的生物相容性，对生态和环境友好，符合可持续发展的要求，可广泛用于作物种植。当前已有氮化碳通过荧光转换作用促进植物光合作用的报道。但是仍然存在光谱利用率低导致光合作用效率低的问题。尚未见金属氧簇修饰的超薄氮化碳拓展植物太阳光谱的利用及通过加速光催化剂的水氧化性能产生的长寿命光生电子向植物叶绿体的传递促进其生长的报道。
发明内容
本发明的目的是要解决当前植物太阳光谱利用率低导致光合作用效率低的问题，而提供一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进植物生长中的应用。
金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(M-COS-CN)的人工光合作用用于促进植物生长。氮化碳因其具有强的紫外光吸收能力，可以扩大植物对太阳光谱的利用。此外，通过金属氧簇改善氮化碳基光催化剂的水氧化性能，将产生长寿命的光生电子，其进一步传递给植物的叶绿体，将提高电子传递链中的电子传递速率，进而促进其生长。因此，本发明将系列金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片用于促进植物生长具有一定的应用前景。
一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片用于促进植物生长，具体包括以下步骤：
将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片配置成一定浓度的水分散液，再将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液喷施到植物的叶面；
所述的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片为：锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片、钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片、锰氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片或钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片。
本发明的有益效果：
(1)、光催化剂的叶面喷施极大地促进了植物的生长，利用锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片处理后，烟草的鲜重增加21.9％，干重增加17.8％；甜菜的鲜重增加25.1％，干重增加57.8％；
(2)、本发明制备的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片具有结构稳定、光学性质好、毒性低的特点，尤其在300～400nm的紫外光区具有强的吸收，且具有较好的水氧化性能；
(3)、本发明的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的制备方法简单，适合大量合成；
(4)、本发明的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片因其良好的稳定性、来源广泛且具有良好的生物相容性，对生态和环境友好，符合可持续发展的要求，可广泛用于作物种植。本发明为提高植物光合作用效率，促农作物增产、增收提供了新方法。
附图说明
图1为实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的结构表征；
图2为实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的形貌及厚度；
图3为应用实施例1中利用实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对烟草生长的影响；
图4为应用实施例2中利用不同浓度的实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对烟草生长的影响；
图5为实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的结构表征；
图6为应用实施例4中利用实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对烟草生长的影响；
图7为应用实施例5中利用实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对甜菜生长的影响。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式是一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进植物生长中的应用，人工光合作用中所述金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片用于促进植物生长，具体包括以下步骤：
将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片配置成一定浓度的水分散液，再将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液喷施到植物的叶面；
所述的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片为：锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片、钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片、锰氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片或钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片配置成一定浓度的水分散液的工艺如下：将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片加入到水中，再在超声功率为100W下超声10min～60min，得到金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液；所述的金属氧簇修饰的超薄氮化碳的水分散液的浓度为50mg/L～200mg/L。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的植物为烟草、甜菜、水稻、玉米或大豆。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的植物采用土培模式进行培养。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的锰氧簇修饰的超薄氮化碳的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备超薄氮化碳纳米片和超薄硼掺杂氮化碳纳米片：
将尿素置于氧化铝坩埚内并转移至马弗炉中进行一次煅烧，自然冷却至室温，再研磨，得到产物I；将产物I置于半封闭磁舟内，然后放置于马弗炉中进行二次煅烧，自然冷却至室温，再研磨，得到产物II；将产物II置于圆底烧瓶内，加入酸后进行酸化处理，冷却至室温后进行离心、水洗至中性，干燥，得到超薄氮化碳纳米片；将产物I与硼氢化钠混合，研磨一段时间，再置于真空管式炉中进行煅烧，对煅烧后得到的产物进行水洗，干燥，得到超薄硼掺杂氮化碳纳米片；
二、将超薄氮化碳纳米片或超薄硼掺杂氮化碳纳米片与壳寡糖置于烧杯内，加入一定量去离子水混合，得到混合物；将混合物搅拌数小时后，置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内进行水热反应，冷却至室温后进行离心、洗涤，干燥，得到壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片；
三、将壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片分散在去离子水中，然后加入金属源，搅拌数小时后，再置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内进行反应，冷却至室温后进行离心、洗涤，干燥，得到金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的一次煅烧的工艺如下：在空气下，以0.1℃/min～1℃/min的升温速率从室温升温至400℃～600℃，再在400℃～600℃下煅烧2h～4h；步骤一中所述的二次煅烧的工艺如下：在空气下，以5℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至400℃～600℃，再在400℃～600℃下煅烧2h～4h；步骤一中所述的酸为1mol/L～5mol/L的硝酸；步骤一中所述的酸化处理的温度为100℃～120℃，酸化处理的时间为1h～3h；步骤一中所述的产物II的质量与酸的体积比为(1g～2g):(100mL～200mL)。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤一中所述的产物I与硼氢化钠的质量比为(0.2～0.4):(0.1～0.3)；步骤一中将产物I与硼氢化钠混合，研磨2min～5min，再置于温度为450℃～550℃的真空管式炉中进行煅烧1h～3h，对煅烧后得到的产物水洗3次～5次，得到超薄硼掺杂氮化碳纳米片。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中所述的混合物中壳寡糖与超薄氮化碳纳米片或超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量比为(1～5):100；步骤二中所述的混合物中超薄氮化碳纳米片或超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量与去离子水的体积比为(0.2g～0.3g):(20mL～30mL)；步骤二中所述的搅拌的时间为5h～8h。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中所述的水热反应的温度为100℃～120℃，水热反应的时间为2h～4h；步骤二中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min～4000r/min下离心3min～5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤二中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次～5次；步骤二中所述的干燥的温度为60℃～80℃，干燥的时间为10h～24h。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤三中所述的金属源为硝酸锰或氯化钌；步骤三中所述的金属源中金属元素的质量与壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量比为(1～3):100；步骤三中所述的壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量与去离子水的体积比为(0.2g～0.3g):(20mL～30mL)；步骤三中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min～4000r/min下离心3min～5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤三中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次～5次；步骤三中所述的干燥的温度为60℃～80℃，干燥的时间为10h～24h。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Ru-COS-CN)的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备超薄氮化碳纳米片和超薄硼掺杂氮化碳纳米片：
将35g尿素置于氧化铝坩埚内并转移至马弗炉中进行一次煅烧，自然冷却至室温，再研磨，得到产物I；将产物I置于半封闭磁舟内，然后放置于马弗炉中进行二次煅烧，自然冷却至室温，再研磨，得到产物II；将产物II置于圆底烧瓶内，加入酸后在120℃下回流2h，冷却至室温后进行离心、使用去离子水对收集的固体物质水洗至中性，再在温度为80℃下干燥24h，得到超薄氮化碳纳米片(CN)；
步骤一中所述的一次煅烧的工艺如下：在空气中，以0.5℃/min的升温速率从室温升温至550℃，再在550℃下煅烧3h；
步骤一中所述的二次煅烧的工艺如下：在空气中，以5℃/min的升温速率从室温升温至500℃，再在500℃下煅烧2h；
步骤一中所述的酸为5mol/L的硝酸；
步骤一中所述的产物II的质量与酸的体积比为1g:100mL；
二、将0.2g超薄氮化碳纳米片与0.01g壳寡糖置于烧杯内，加入25mL去离子水，得到混合物；将混合物搅拌5h后，置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，在120℃下反应2h，冷却至室温后进行离心、洗涤，再在80℃下干燥24h，得到壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片(COS-CN)；
步骤二中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min下离心5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤二中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次；
三、将0.2g壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片分散在去离子水中，然后加入金属源，搅拌5h后，再置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，在120℃下反应2h，冷却至室温后进行离心、洗涤，再在80℃下干燥24h，得到钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Ru-COS-CN)；
步骤三中所述的金属源为氯化钌水溶液，浓度为1g/L，氯化钌中钌元素的质量与壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片的质量比为2:100；
步骤三中所述的壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片与去离子水的体积比为0.2g:25mL；
步骤三中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min下离心5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤三中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次。
图1为实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的结构表征；
从图1可知：实施例1制备的材料为Ru-COS-CN。
图2为实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的形貌及厚度；
从图2可知：实施例1制备的Ru-COS-CN为二维超薄片层结构，厚度～3.0nm。
应用实施例1：实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在促进烟草生长中的应用，包括如下步骤：
(1)、将来自黑龙江省黑龙江大学生命科学学院的烟草(Nicotiana tabacum L.)种子在次氯酸钠溶液(5wt.％)中消毒20分钟，然后用去离子水冲洗3次，得到消毒后的种子；
(2)、将消毒后的种子置于去离子水中，在4℃冰箱中浸泡24h，得到膨胀的烟草种子；
(3)、使用塑料盆(上沿口12cm，下沿口8.5cm，高10.5cm)作为栽培容器，每盆装有700g土壤，将膨胀的烟草种子播种在已消毒的土壤中，并将其置于相对湿度为60％、温度为23～24℃、无光照的受控环境中24h，然后将花盆置于植物培养灯下，日均光照14h，夜间10h；5～6天后，烟草幼苗开始发芽；
(4)、将实施例1制备的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Ru-COS-CN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液；当烟草长至3-4片真叶时，选择长势相当的烟草幼苗进行叶面喷施，每5天进行一次叶面喷施浓度为100mg/L的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液(每株植物每次喷施2mL)，在喷施催化剂后的第20天收获烟草，进行鲜重、干重的测试。
图3为应用实施例1中利用实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对烟草生长的影响；
从图3可以看出，Ru-COS-CN对烟草生长促进效果明显，与CK(对照组)相比，Ru-COS-CN超薄纳米片处理的烟草鲜重增加35.3％，干重增加37.6％。
应用实施例2：本应用实施例与应用实施例1的不同点是：将步骤(4)中金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液的浓度调整为0(CK)、50mg/L、100mg/L或200mg/L；利用浓度为0(CK)、50mg/L、100mg/L或200mg/L的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液对烟草的叶面进行喷施。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
图4为应用实施例2中利用不同浓度的实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对烟草生长的影响；
从图4可以看出：不同浓度的实施例1制备的钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Ru-COS-CN)对烟草生长促进效果明显，与CK相比，当Ru-COS-CN的浓度100mg/L时，促进烟草生长效果最明显。
实施例2：钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(Ru-COS-BCN)的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备超薄硼掺杂氮化碳纳米片：
将35g尿素置于氧化铝坩埚内并转移至马弗炉中进行一次煅烧，自然冷却至室温，再研磨，得到产物I；将产物I与硼氢化钠混合，研磨一段时间，再置于真空管式炉中进行煅烧，对煅烧后得到的产物进行水洗，干燥，得到超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)；
步骤一中所述的产物I与硼氢化钠的质量比为0.4:0.24；
步骤一中将产物I与硼氢化钠混合，研磨5min，再置于温度为500℃的真空管式炉中进行煅烧2h，对煅烧后得到的产物水洗3次，再在温度为80℃下干燥24h，得到超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)；
步骤一中所述的一次煅烧的工艺如下：在空气中，以0.5℃/min的升温速率从室温升温至550℃，再在550℃下煅烧3h；
二、将0.2g超薄硼掺杂氮化碳纳米片与0.01g壳寡糖置于烧杯内，加入25mL去离子水，得到混合物；将混合物搅拌5h后，置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，在120℃下反应2h，冷却至室温后进行离心、洗涤，再在80℃下干燥24h，得到壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(COS-BCN)；
步骤二中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min下离心5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤二中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次；
三、将0.2g壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片分散在去离子水中，然后加入金属源，搅拌5h后，再置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，在120℃下反应2h，冷却至室温后进行离心、洗涤，再在80℃下干燥24h，得到钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(Ru-COS-BCN)；
步骤三中所述的金属源为氯化钌水溶液，浓度为1g/L，氯化钌中钌元素的质量与壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量比为2:100；
步骤三中所述的壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片与去离子水的体积比为0.2g:25mL；
步骤三中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min下离心5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤三中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次。
应用实施例3：本应用实施例与应用实施例1的不同点是：步骤(4)中将实施例2制备的钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(Ru-COS-BCN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片的水分散液；利用浓度为100mg/L的钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片的水分散液对烟草的叶面进行喷施。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
表1为实施例2制备的钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片对烟草促进生长效果的提升(百分比)；
表1
从表1可以看出，Ru-COS-BCN对烟草生长促进效果明显，其促进效果明显高于钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片。
实施例3：本实施例与实施例1的不同点是：步骤三中所述的金属源为硝酸锰，浓度为1g/L，硝酸锰中锰元素的质量与壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片的质量比为2:100；步骤三中得到的产物为锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)。
图5为实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的结构表征；
从图5可以看出：实施例3所制备的材料为Mn-COS-CN。
应用实施例4：本应用实施例与应用实施例1的不同点是：步骤(4)中将实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)的水分散液；利用浓度为100mg/L的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)的水分散液对烟草的叶面进行喷施。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
图6为应用实施例4中利用实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对烟草生长的影响；
从图6可以看出：实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)对烟草促进效果明显。与CK相比，Mn-COS-CN纳米片处理的烟草鲜重增加21.9％，干重增加17.8％。
应用实施例5：实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)
在促进甜菜生长中的应用，包括如下步骤：
(1)、将来自黑龙江省黑龙江大学农学院的甜菜(7748)种子，种子是德国KWS公司的丸粒化种子；
(2)、将甜菜种子播种在已施肥的土壤中，使用塑料盆(上沿口12cm，下沿口8.5cm，高10.5cm)作为栽培容器，每盆装有700g基质土，压实均匀放入种子后再覆盖200g基质土。培养室光照辐射强度450μmol/m2/s。日均光照14h，温度25±1℃，夜间10h，温度20±1℃，相对湿度40％～50％。4～5天后，甜菜幼苗开始发芽，在发芽前，喷恶霉素溶液，防止立枯病。
(3)从第七天开始进行多次见苗，到第十三天时见至每盆两株，然后每盘覆土100g。
(4)将实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)的水分散液；当甜菜长至第二对真叶展开时，进行叶面喷施。每3天喷一次浓度为100mg/L的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)的水分散液，喷满叶面(每株植物每次喷施2.5mL)。
图7为应用实施例5中利用实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片对甜菜生长的影响；
从图7可以看出，实施例3制备的锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片(Mn-COS-CN)对甜菜生长促进效果明显，与CK相比，Mn-COS-CN处理的甜菜鲜重增加25.1％，干重增加57.8％。
对照例1：超薄氮化碳纳米片的制备方法，包括如下步骤：
将35g尿素置于氧化铝干锅内并转移至马弗炉中，在空气中以0.5℃/min的升温速率升温至550℃，在550℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，再研磨，得到产物I；将产物I置于半封闭磁舟内，然后放置于马弗炉中，在空气中以5℃/min的升温速率升温至500℃，在500℃下煅烧2h，自然冷却至室温，研磨后得到产物II；将一定量的产物II置于圆底烧瓶内，使用5mol/L的硝酸，在120℃下回流2h，冷却至室温后进行离心、洗涤，在80℃下干燥24h，得到超薄氮化碳纳米片(CN)。
对照应用例1：本对照例与应用实施例1的不同点是：步骤(4)中将对照例1制备的超薄氮化碳纳米片(CN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的超薄氮化碳纳米片(CN)的水分散液；利用浓度为100mg/L的超薄氮化碳纳米片(CN)的水分散液对烟草的叶面进行喷施。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
对照应用例2：本对照例与应用实施例5的不同点是：步骤(4)中将对照例1制备的超薄氮化碳纳米片(CN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的超薄氮化碳纳米片(CN)的水分散液；当甜菜长至第二对真叶展开时，进行叶面喷施。每3天喷一次浓度为100mg/L的超薄氮化碳纳米片(CN)的水分散液，喷满叶面。其它步骤及参数与应用实施例5均相同。
表2对照例1制备的超薄氮化碳纳米片(CN)对烟草和甜菜促进生长效果的提升(百分比)；
表2
从表2可以看出：对照例1制备的超薄氮化碳纳米片(CN)对烟草和甜菜生长促进效果明显，但是其促进效果明显低于锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片。
对照例2：超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)的制备方法，包括如下步骤：
将35g尿素置于氧化铝干锅内并转移至马弗炉中，在空气中以0.5℃/min的升温速率升温至550℃，在550℃下煅烧3h，然后自然冷却至室温，再研磨，得到产物I；取0.4g产物I与0.24g硼氢化钠精细研磨，然后在氮气气氛中在500℃下以10℃/min的升温速率煅烧2h。自然冷却至室温后，用去离子水和乙醇洗涤。在80℃下干燥12h，得到超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)。
对照应用例3：本对照例与应用实施例1的不同点是：步骤(4)中将对照例2制备的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)的水分散液；利用浓度为100mg/L的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)的水分散液对烟草的叶面进行喷施。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
对照应用例4：本对照例与应用实施例5的不同点是：步骤(4)中将对照例2制备的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)加入到水中，再在超声功率为100W下超声60min，得到浓度为100mg/L的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)的水分散液；当甜菜长至第二对真叶展开时，进行叶面喷施。每3天喷一次浓度为100mg/L的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)的水分散液，喷满叶面。其它步骤及参数与应用实施例5均相同。
表3对照例2制备的超薄硼掺杂氮化碳纳米片(BCN)对烟草和甜菜促进生长效果的提升(百分比)；
表3
从表3可以看出：BCN对烟草和甜菜生长促进效果明显，其促进效果高于超薄氮化碳纳米片，但是其促进效果明显低于锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片，钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片和钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片。
表4超薄氮化碳及金属氧簇修饰的超薄氮化碳光催化剂的水氧化活性
综上所述，系列超薄氮化碳及金属氧簇修饰的超薄氮化碳光催化剂均能促进植物的生长，且植物的生长促进作用与光催化剂的水氧化性能正相关。

Claims (7)

1.一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片在人工光合作用促进植物生长中的应用，其特征在于在人工光合作用中所述金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片用于促进甜菜生长，甜菜采用土培模式进行培养，具体包括以下步骤：
将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片配置成一定浓度的水分散液，再将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液喷施到植物的叶面；
所述的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片为：锰氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片、钌氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片、锰氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片或钌氧簇修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片；
将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片配置成一定浓度的水分散液的工艺如下：将金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片加入到水中，再在超声功率为100W下超声10min~60min，得到金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的水分散液；所述的金属氧簇修饰的超薄氮化碳的水分散液的浓度为50mg/L~200mg/L。
2.根据权利要求1所述的一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳在人工光合作用促进植物生长中的应用，其特征在于所述的金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备超薄氮化碳纳米片和超薄硼掺杂氮化碳纳米片：
将尿素置于氧化铝坩埚内并转移至马弗炉中进行一次煅烧，自然冷却至室温，再研磨，得到产物I；将产物I置于半封闭磁舟内，然后放置于马弗炉中进行二次煅烧，自然冷却至室温，再研磨，得到产物II；将产物II置于圆底烧瓶内，加入酸后进行酸化处理，冷却至室温后进行离心、水洗至中性，干燥，得到超薄氮化碳纳米片；将产物I与硼氢化钠混合，研磨一段时间，再置于真空管式炉中进行煅烧，对煅烧后得到的产物进行水洗，干燥，得到超薄硼掺杂氮化碳纳米片；
二、将超薄氮化碳纳米片或超薄硼掺杂氮化碳纳米片与壳寡糖置于烧杯内，加入一定量去离子水混合，得到混合物；将混合物搅拌数小时后，置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内进行水热反应，冷却至室温后进行离心、洗涤，干燥，得到壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片；
三、将壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片分散在去离子水中，然后加入金属源，搅拌数小时后，再置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内进行反应，冷却至室温后进行离心、洗涤，干燥，得到金属氧簇修饰的超薄氮化碳纳米片。
3.根据权利要求2所述的一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳在人工光合作用促进植物生长中的应用，其特征在于步骤一中所述的一次煅烧的工艺如下：在空气下，以0.1℃/min~1℃/min的升温速率从室温升温至400℃~600℃，再在400℃~600℃下煅烧2h~4h；步骤一中所述的二次煅烧的工艺如下：在空气下，以5℃/min~10℃/min的升温速率从室温升温至400℃~600℃，再在400℃~600℃下煅烧2h~4h；步骤一中所述的酸为1mol/L~5mol/L的硝酸；步骤一中所述的酸化处理的温度为100℃~120℃，酸化处理的时间为1h~3h；步骤一中所述的产物II的质量与酸的体积比为(1g~2g):(100mL~200mL)。
4.根据权利要求2所述的一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳在人工光合作用促进植物生长中的应用，其特征在于步骤一中所述的产物I与硼氢化钠的质量比为(0.2~0.4):(0.1~0.3)；步骤一中将产物I与硼氢化钠混合，研磨2min~5min，再置于温度为450℃~550℃的真空管式炉中进行煅烧1h~3h，对煅烧后得到的产物水洗3次~5次，得到超薄硼掺杂氮化碳纳米片。
5.根据权利要求2所述的一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳在人工光合作用促进植物生长中的应用，其特征在于步骤二中所述的混合物中壳寡糖与超薄氮化碳纳米片或超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量比为(1~5):100；步骤二中所述的混合物中超薄氮化碳纳米片或超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量与去离子水的体积比为(0.2g~0.3g):(20mL~30mL)；步骤二中所述的搅拌的时间为5h~8h。
6.根据权利要求2所述的一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳在人工光合作用促进植物生长中的应用，其特征在于步骤二中所述的水热反应的温度为100℃~120℃，水热反应的时间为2h~4h；步骤二中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min~4000r/min下离心3min~5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤二中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次~5次；步骤二中所述的干燥的温度为60℃~80℃，干燥的时间为10h~24h。
7.根据权利要求2所述的一种金属氧簇修饰的超薄氮化碳在人工光合作用促进植物生长中的应用，其特征在于步骤三中所述的金属源为硝酸锰或氯化钌；步骤三中所述的金属源中金属元素的质量与壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量比为(1~3):100；步骤三中所述的壳寡糖修饰的超薄氮化碳纳米片或壳寡糖修饰的超薄硼掺杂氮化碳纳米片的质量与去离子水的体积比为(0.2g~0.3g):(20mL~30mL)；步骤三中所述的离心工艺为：在离心速度为3000r/min~4000r/min下离心3min~5min，再去除上清液，得到固体物质；步骤三中所述的洗涤为：使用去离子水洗涤3次~5次；步骤三中所述的干燥的温度为60℃~80℃，干燥的时间为10h~24h。
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