[發(fā)明專利]一種石墨相碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片魚鱗狀結(jié)構(gòu)復合納米材料及制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611112193.5
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106622324B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設計）人: 孫偉明;李祥輝;李春艷
• 申請（專利權(quán)）人: 福建醫(yī)科大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發(fā)明旨在提供一種合成“魚鱗狀”石墨相碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片復合材料的方法，屬于材料制備及催化的技術(shù)領(lǐng)域。復合材料是以功能化的石墨相碳化氮和金屬鈷鹽為原料，通過水熱法高溫制備得到。本發(fā)明制備的魚鱗形狀的二維碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片復合材料形貌為二維碳化氮納米片表面均勻地生長鱗片狀四氧化三鈷納米片納米復合材料，與傳統(tǒng)的單純二維碳化氮納米材料相比，有效提高了材料的比表面積和對催化底物的篩分能力，具有更加高效的光催化性能。本發(fā)明具有工藝簡單，成本低廉，催化效率高，所制備材料具有高效二氧化碳還原能力，因此在環(huán)境修復、消除溫室氣體等光催化領(lǐng)域有著良好的應用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備及催化的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種石墨相碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片魚鱗狀結(jié)構(gòu)復合納米材料及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

利用太陽能解決全球性的能源和環(huán)境問題是當今科研領(lǐng)域的一個重要研究方向，半導體光催化納米材料可在室溫下充分利用太陽能，兼具了成本低廉，無污染等眾多優(yōu)點，對于從根本上解決能源短缺問題具有重要的意義。多年來，科研人員一直致力于開發(fā)具有穩(wěn)定性和高效率的可見光催化劑。近年來，石墨相碳化氮半導體材料作為一種不含金屬的可見光光催化劑，受到了科學家和研究者們的廣泛關(guān)注，但其依然存在著不可忽視的缺陷：比表面積小，活性位點少，導致其量子點效率不高。研究人員希望通過加入其他的納米材料與碳化氮納米材料進行雜化復合來提高其光催化活性。

四氧化三鈷納米片材料，是由無定型四氧化三鈷納米片互相交錯形成的納米材料。這類材料具有高比表面積、大孔徑、缺陷多、優(yōu)異的熱穩(wěn)定和化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，被廣泛的應用在催化領(lǐng)域上。目前Yi Xie等（Angewandte Chemie International Edition,2016, 55(2): 698-702）以超薄四氧化三鈷納米片作為電催化劑，應用在催化二氧化碳制甲酸中，取得了非常好的效果。

利用水熱法制備具有魚鱗狀結(jié)構(gòu)的石墨相碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片復合納米材料，還未見報道。通過g-C₃N₄納米片表面的缺陷氨基與金屬離子的配位作用，制備四氧化三鈷納米片/ g-C₃N₄納米片的魚鱗狀結(jié)構(gòu)復合材料，不僅增大了材料的比表面積，增加了活性位點，而且極大地增強了催化劑表面的傳質(zhì)過程，促進了光生電子-空穴的分離，提高了太陽能的利用效率。在光催化領(lǐng)域有很廣泛的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種石墨相碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片魚鱗狀結(jié)構(gòu)復合納米材料及其制備方法和應用，該復合材料不僅具有高比表面積、位點多，工藝簡單的特點，能夠高效快速分離光生電子-空穴，在光催化領(lǐng)域具有廣發(fā)的應用前景。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種石墨相碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片魚鱗狀結(jié)構(gòu)復合納米材料，其特征在于：所述的復合吸附劑是由g-C₃N₄納米片和四氧化三鈷納米片通過復合得到的具有魚鱗狀結(jié)構(gòu)的材料，其中石墨相碳化氮的質(zhì)量分數(shù)為5-50%。

所述的石墨相碳化氮納米片/四氧化三鈷納米片魚鱗狀結(jié)構(gòu)復合納米材料采用水熱法制備而成，包括以下步驟：

1）g-C₃N₄納米片的制備

取2g三聚氰胺粉末平鋪在50 mL的坩堝底部，蓋緊蓋子，轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，以2.3°C/min的速度升溫至550 °C并保持4 h，再以2.3 °C/min的速度降溫至室溫，得g-C₃N₄淡黃色粉末。