[發明專利]一種離子填充石墨相氮化碳納米片的制備方法

有效

• 申請號: 201810550204.0
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108671956B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 曾玉彬;陳東;董國輝;王傳義
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李明婭

本發明提供一種離子填充石墨相氮化碳納米片的制備方法，該制備方法主要分為三步：(1)煅燒前驅物的制備，包括氮源的溶解分散、氮源與氯化氫結合生成前驅物以及前驅物的干燥；(2)前驅物的密封煅燒；(3)煅燒產物的后處理。該制備方法具有原料廉價易得、工藝簡單、綠色環保、易于工業化生產等優點。通過本發明方法制備的離子填充g?C₃N₄納米片，相比于普通的g?C₃N₄能量帶隙更低，光生電荷對分離效率顯著提高，在可見光下表現出了較好的光氧化去除NO性能，并且經過多次使用，依然能夠保持原有的光催化活性，具有非常好的穩定性。

技術領域

本發明屬于光催化納米材料制備與環境污染物處理技術領域，具體涉及一種離子填充石墨相氮化碳(g-C₃N₄)納米片的制備方法和應用。

背景技術

氮氧化物(NO_x)是氮元素和氧元素所組成的化合物的總稱，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)等多種形態，是大氣中的主要污染物之一。人為活動排放的NO_x中，NO占90％以上。NO_x會引起支氣管炎、肺氣腫、神經衰弱和麻痹等諸多身體疾病，還會造成酸雨、光化學煙霧、臭氧層破壞、溫室效應、城市霧霾等環境污染。根據中國環境保護部公布的數據，近年來我國的NO_x排放量逐年增加，由此帶來的問題日益嚴重，這也對NO_x凈化技術的發展提出了更高的要求。

半導體光催化技術是近年來快速發展的一種新興綠色化學技術，它能夠利用太陽能產生高活性的自由基和空穴來降解環境中的污染物，達到修復環境污染的目的。與傳統的環境污染修復技術相比，光催化技術具有適應性強、反應條件溫和、反應產物無毒副作用、節能環保等優點。光催化技術的核心在于制備出成本低廉、性能優良、穩定性高的光催化劑。

2009年，王新晨等人首次報道了一種無金屬聚合物光催化劑石墨相氮化碳(g-C₃N₄)。他們發現g-C₃N₄能夠在可見光的照射下通過分解水產生氫氣和氧氣。自此之后，g-C₃N₄因其優良的化學穩定性、低成本、無毒、制備工藝簡單等特點迅速成為光催化領域中最熱門的研究課題之一。然而，普通的g-C₃N₄存在著自身比表面積較小、光生電荷對易復合等缺點，導致其光催化活性較低。將g-C₃N₄設計成二維納米片結構是克服上述兩種缺陷的有效方法。g-C₃N₄納米片的比表面積比塊狀的普通g-C₃N₄大得多，而且納米片結構可以顯著地縮短光生電荷對從本體到表面的遷移距離，從而抑制光生電荷對在本體中的大量復合。因此，從塊狀到納米片的形貌變化可以顯著提高g-C₃N₄的光催化活性。即使如此，g-C₃N₄納米片仍然存在一些固有缺陷，例如能量帶隙的增大和光生電荷對的表面復合。由于納米片結構的量子限制效應導致g-C₃N₄納米片能量帶隙增大，在光譜響應和光激發方面產生了不利影響，而光生電荷對的表面復合會限制后續光催化反應的可用性。由于這兩種固有的缺陷，g-C₃N₄納米片在太陽能轉換中的實際應用非常有限。因此有必要研發一種光催化活性穩定的石墨相氮化碳。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明為解決現有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種離子填充石墨相氮化碳納米片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：