[發明專利]一種g-C3N4/MXene復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810175935.1
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108499588A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 張青紅;韓鑫;王宏志;李耀剛;侯成義
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/00;B01J35/02;B01J37/08
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種g?C₃N₄/MXene復合材料的制備方法，包括：MXene材料制備，MXene與g?C₃N₄前驅體物質的混合物制備，g?C₃N₄/MXene復合材料制備。本發明簡單，工藝參數容易控制，成本低廉，易于大規模化生產；制備得到的g?C₃N₄/MXene復合材料結晶性好，顆粒細小且分布均勻，比表面積大，導電性良好，具有較好的光催化性能，親生物性能良好，在光催化、廢水處理、生物傳感器等領域有應用價值。

技術領域

本發明屬于納米功能材料制備領域，特別涉及一種g-C₃N₄/MXene復合材料的制備方法。

背景技術

半導體光催化在解決能源短缺和環境污染等方面表現出巨大的潛力，受到各國政府的高度重視。因此，開發新型、高效的光催化劑成為光催化技術發展的必然需求。

近年來，一種新型的、可見光下響應的非金屬材料g-C₃N₄，由于禁帶寬度(約2.7eV)較窄、化學穩定性好、制備方法簡便等優點受到廣泛的關注。迄今為止，自然界中沒有發現天然存在的g-C₃N₄晶體，g-C₃N₄主要依賴于實驗合成，合成g-C₃N₄的前驅體一般選用含氮量豐富的化合物如尿素、硫脲、氰胺、三聚氰胺等。但合成的g-C₃N₄比表面積通常小于10m²/g，且光生電子與空穴極易復合，導致其光催化的效果并不理想。為了抑制光生電子-空穴對的復合，可以將g-C₃N₄與其他材料復合，利用二者的協同作用來提高其光催化活性。

MXene是一種新型的二維層狀納米材料，可通過腐蝕相應的MAX相制備得到。Ti₃AlC₂和Ti₂AlC是典型的MAX相。MAX相是一類三元層狀化合物的統稱，這類化合物具有統一的化學式M_n+1AX_n，其中M是過渡金屬，A是Ⅲ、Ⅳ主族元素，X是C或者N，n＝1、2、3等。MAX相的結構特點是M原子和A原子層交替排列，形成近密堆積六方層狀結構，X原子填充于八面體空隙，其中M-A鍵具有金屬鍵的特性，相對于M-X鍵作用力較弱。因此，在氫氟酸溶液中，MAX相的A原子層易于被刻蝕，剩下M與X原子層形成二維M_n+1X_n原子晶體，為了強調它們是由MAX相剝離而來，并具有與石墨烯(Graphene)類似的二維結構，將它們統一命名為MXene。例如，通過用氫氟酸腐蝕MAX相Ti₃AlC₂便可以得到Mxene—Ti₃C₂。

研究發現尿素等有機小分子可以插層MXene，增大MXene層間距。插層是改性粘土的重要方法之一，從結構和性能上看，MXene是一類“導電親水粘土”，因此，制備有機插層MXene復合物是未來研究的重點。二維層狀納米碳化物(Ti₃C₂和Ti₂C)是一種類石墨烯結構的材料，其獨特的形貌和良好的導電性、磁性和熱電性能等，使其有望應用于氣敏、催化、復合材料、能量存儲、環境污染治理、表面等離子體技術、光電池和液晶顯示等領域。

因此，g-C₃N₄/MXene復合材料，有望在光催化、廢水處理、超級電容器和生物傳感器等領域有很好的應用。此外，有關g-C₃N₄和MXene復合還未見報道。

發明內容