[發明專利]插層型類石墨氮化碳復合材料、其制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010172894.8
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111330620A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 陳雙明;圣蓓蓓;徐文杰;宋禮
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C25B1/04;C25B11/06;C25B11/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發明提供了一種插層型類石墨氮化碳復合材料的制備方法，包括：將堿金屬離子插層的類石墨氮化碳g?C3N5與過渡金屬鹽混合，攪拌后得到插層型類石墨氮化碳復合材料。本申請還提供了一種插層型類石墨氮化碳復合材料，其由類石墨氮化碳g?C3N5和插層于所述類石墨氮化碳g?C3N5中的過渡金屬原子組成。本申請提供的插層型類石墨氮化碳復合材料在光電催化、電催化、能源存儲、復合材料等方面有著巨大的應用前景，相對于現有的過渡金屬單原子而言，該種復合材料的合成方法簡單，負載量大，容易大規模生產。

技術領域

本發明涉及新型復合材料技術領域，尤其涉及一種插層型類石墨氮化碳復合材料、其制備方法及其應用。

背景技術

過渡金屬單原子具有最高的原子利用率和活性比面積，然而，過渡金屬單原子的合成仍具有困難，如原子層沉積方法產率較低而成本昂貴，大規模合成的通用策略也具有一定挑戰。

類石墨氮化碳(g-C3N5)是一類重要的共軛聚合物半導體，具有優異的電子能帶結構(帶隙寬度為1.76eV)、化學穩定性和環境友好性，這些特性使得g-C3N5應用廣泛，包括在可見光光催化分解水、光降解有機污染物等方面。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種插層型類石墨氮化碳復合材料及其制備方法，本申請提供的插層型類石墨氮化碳復合材料可作為優良的催化劑用于水分解析氧反應中。

有鑒于此，本申請提供了一種插層型類石墨氮化碳復合材料的制備方法，包括：

將堿金屬離子插層的類石墨氮化碳g-C3N5與過渡金屬鹽混合，攪拌后得到插層型類石墨氮化碳復合材料。

優選的，所述堿金屬離子插層的類石墨氮化碳g-C3N5的制備方法具體為：

將堿金屬的溴化物、3-氨基-1，2，4-三氮唑和水混合后，蒸發后研磨，得到混合粉末；

將所述混合粉末初級煅燒，得到初始堿金屬離子插層的類石墨氮化碳g-C3N5；

將所述初始堿金屬離子插層的類石墨氮化碳g-C3N5再次煅燒，得到堿金屬離子插層的類石墨氮化碳g-C3N5。

優選的，所述初級煅燒的溫度為500～600℃，所述再次煅燒的溫度為400～500℃。

優選的，所述攪拌的溫度為50～100℃，時間為24～48h。

優選的，所述過渡金屬鹽選自九水合硝酸鐵、六水合硝酸鈷、六水合硝酸鎳、一水合硫酸錳或三水合氯化銥。

本申請還提供了一種插層型類石墨氮化碳復合材料，由類石墨氮化碳g-C3N5和插層于所述類石墨氮化碳g-C3N5中的過渡金屬原子組成。

優選的，所述過渡金屬原子選自鎳原子、鈷原子、鐵原子、錳原子或銥原子。

本申請還提供了所述的制備方法所制備的插層型類石墨氮化碳復合材料或所述的插層型類石墨氮化碳復合材料在水分解析氧反應中的應用。

本申請提供了一種插層型類石墨氮化碳復合材料的制備方法，其是由堿金屬離子插層的類石墨氮化碳g-C3N5與過渡金屬鹽混合，攪拌后制備得到；該種插層型類石墨氮化碳復合材料是由類石墨氮化碳g-C3N5和插層于所述類石墨氮化碳g-C3N5中的過渡金屬原子組成；該種復合材料中富含電子的吡啶氮原子為過渡金屬原子提供了豐富的配位位點，且g-C3N5相鄰層與層之間的范德華力能夠穩定過渡金屬原子，并能夠防止過渡金屬原子聚集成顆粒，由此該種復合材料能夠穩定保存；進一步由于相鄰層間的相互作用會改變過渡金屬原子的電子結構，從而降低了反應的能壘，從而使得該種復合材料能夠作為水分解析氧反應中的催化劑。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的的Ni/g-C3N5的掃描電鏡照片；