[發明專利]一種高可見光活性石墨相氮化碳納米片及其制備方法

有效

• 申請號: 201810674429.7
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108772093B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 呂康樂;程金水;方順;伍曉鋒;李玫;李覃;丁耀彬;楊昌軍;唐和清
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/02;B82Y30/00;C01B3/04;C01B21/06
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪

本發明屬于新材料的制備技術領域，具體公開了一種高可見光活性石墨相氮化碳納米片及其制備方法和在可見光催化分解水制氫中的應用。該石墨相氮化碳納米片的制備方法以普通的富氮材料二氰二胺為原料，通過煅燒其水熱反應所得中間體直接制得石墨相氮化碳納米片。與直接煅燒二氰二胺所得石墨相氮化碳相比，本發明所得產物為氮化碳納米片。同時與現有技術的氮化碳納米片制備方法相比，本發明所采用的氮化碳納米片制備方法具有綠色友好，經濟高效的特點，且該方法也極大的抑制了氮化碳納米片光吸收帶邊藍移，從而顯著增強所得催化劑的光催化產氫性能。本方法工藝簡單，所用原料單一易得，易于大批量工業化生產，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及新材料的制備技術領域，具體涉及一種高可見光活性石墨相氮化碳納米片及其制備方法和在可見光催化分解水制氫中的應用。

背景技術

類石墨狀片層結構的石墨相氮化碳，因具有較好的熱穩定性、化學穩定性以及合適且易于調控的電子結構特性等優點，近年來在光催化分解水制氫(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,1680–1681)、染料廢水處理(J.Am.Chem.Soc.,2013,135,7118-7121)、POPs治理(Environ.Sci.Technol.,2016,50,12938-12948)、以及生物成像(J.Am.Chem.Soc.,2013,135,18-21)等領域得到廣泛的研究。

結合文獻報道，常規方法，即通過直接煅燒富氮原料如三聚氰胺和二氰二胺等，所得氮化碳是一種體相聚集體，其因存在比表面積小、活性位點少以及光生載流子復合率高等缺點而致使其光催化活性較差。而將體相氮化碳改性為納米片可以極大地克服這些缺點。目前文獻報道的氮化碳納米片的制備方法主要有兩類：“自下而上”式和“自上而下”式方法。前者即指在氮化碳制備過程中加入硬模板或軟模版等輔助制備氮化碳納米片(J.Mater.Chem.A,2014,2,18924)，后者則指將體相氮化碳通過多次煅燒(Adv.EnergyMater.2016,1601273)、超聲(Adv.Mater.2013,25,2452–2456)、球磨或質子插層(small2016,12,No.32,4431–4439)等方式剝離成為氮化碳納米片。但是模板法通常存在繁瑣的后期模板去除或額外添加劑會影響氮化碳聚合的問題。同時，“自上而下”的方法又存在高耗能、耗時久、產率極低、引入額外有機溶劑或者強酸雜質以及所制備的氮化碳納米片吸收帶邊嚴重藍移(小于450nm)等問題。因此，開發一種簡單且高效環保，同時兼具抑制吸收帶邊藍移和高活性的石墨相氮化碳納米片的制備方法，非常必要。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明旨在提供一種原料簡單(無需添加劑)、制備工藝綠色友好、簡便高效、抑制產物吸收帶邊藍移、且具有優異光催化性能的氮化碳納米片的制備方法。我們研究發現，通過煅燒二氰二胺經過水熱反應后的中間產物，就可以直接制得高活性的石墨相氮化碳納米片光催化劑。

實現本發明目的所采取的技術方案是：

一種高可見光活性石墨相氮化碳納米片，其制備方法依次包括如下步驟：

(1)將二氰二胺和水置于水熱反應釜中，密封后升溫至150-200℃并保溫1-5h；

(2)待反應釜溫度降至室溫，收集反應釜中混合溶液，除去混合溶液中的水分(優選旋蒸法)，得到固態中間產物；

(3)取步驟(2)中所得固態中間產物，在靜態空氣氛圍下升溫至500-650℃并保溫煅燒3-5h，待其降至室溫，將所得的樣品研磨成粉末。

進一步的，所述步驟(3)為：取步驟(2)所得固態中間產物于剛玉坩堝中，加蓋后，將其置于馬弗爐中，在靜態空氣氛圍下升溫至500-650℃并保溫煅燒3-5h，待其降至室溫，將所得的樣品研磨成粉末。

進一步的，所述步驟(1)中二氰二胺和水的質量比為(0.01-0.05):1。

進一步的，所述步驟(1)中密封后升溫至200℃并保溫4h。