[發(fā)明專利]氨基化石墨相氮化碳納米片的制備方法及其在二氧化碳還原中的應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115672371A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹世海;王文靜
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J31/02;B01J35/00;C01B32/40
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發(fā)明涉及氨基化石墨相氮化碳納米片的制備方法及其在二氧化碳還原中的應(yīng)用，方法中首先制備體相石墨相氮化碳CN；將得到的體相石墨相氮化碳CN和HNO₃放于反應(yīng)容器中，并在回流裝置內(nèi)反應(yīng)得到羧基化的CN納米片X?CCN；將X?CCN分散在甲苯中；在攪拌下將乙二胺EDA和N,N?二環(huán)己基碳二亞胺DCC添加到X?CCN分散液中，并在惰性氣體氛圍下在油浴中反應(yīng)，得到氨基化石墨相氮化碳納米片X?CN?EDA。本發(fā)明制備的X?CN?EDA表面富含氨基，對CO₂的吸附能力強(qiáng)，光催化CO₂還原的性能優(yōu)異，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及氨基化石墨相氮化碳納米片的制備方法及其在二氧化碳還原中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

全球能源供應(yīng)主要依賴富含碳的化石燃料，不可避免地會排放大量的二氧化碳CO₂，從而引起全球變暖。將CO₂光催化還原為能源燃料被認(rèn)為是減少CO₂排放和解決能源危機(jī)的一條有效途徑。石墨氮化碳CN具有良好的穩(wěn)定性、合適的帶隙和可見光響應(yīng)，是一種很有前途的無金屬光催化劑。不幸的是，CN的CO₂還原活性非常溫和，與目前基于貴金屬的光催化劑不可相比。CO₂光還原的主要限制是CO₂吸附能力弱、可見光吸收范圍窄和光生載流子的分離率低。即使在高CO₂濃度的反應(yīng)氣氛中，CO₂吸附作為前提步驟也會影響光還原的最終效率。

為了提高g-C₃N₄的光催化性能，研究者做了大量的改性工作。然而，大多數(shù)的改性工作，包括形貌結(jié)構(gòu)調(diào)變、電子結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及復(fù)合光催化劑的制備等，側(cè)重于拓寬g-C₃N₄的可見光吸收和增強(qiáng)光生載流子的分離率。針對CO₂吸附構(gòu)建g-C₃N₄基光催化劑的研究相對較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種工藝簡單的氨基化石墨相氮化碳納米片的制備方法及其在光催化CO₂還原方向的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

氨基化石墨相氮化碳納米片的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將尿素從室溫開始以一定的速率升溫，升溫至煅燒溫度，煅燒2～4h，其中煅燒溫度為450～600℃；煅燒結(jié)束后，離心洗滌并烘干得到體相石墨相氮化碳CN；

步驟(2)：將步驟(1)得到的一定質(zhì)量的體相石墨相氮化碳CN和一定濃度的HNO₃放于反應(yīng)容器中，并在回流裝置內(nèi)于一定溫度下攪拌一段時(shí)間，冷卻至室溫后，離心洗滌并烘干得到羧基化的CN納米片X-CCN，其中X表示CN在HNO₃中的攪拌時(shí)間、C表示羧基化；

步驟(3)：將步驟(2)得到的一定質(zhì)量的X-CCN分散在一定體積的甲苯中；在攪拌下將一定體積的乙二胺EDA和一定質(zhì)量的N,N-二環(huán)己基碳二亞胺DCC添加到X-CCN分散液中，并在惰性氣體氛圍下，在80～100℃的油浴中反應(yīng)一段時(shí)間；反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，離心洗滌并烘干得到氨基化石墨相氮化碳納米片X-CN-EDA。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，升溫速率為2℃/min。

優(yōu)選的，步驟(1)中，煅燒溫度為550℃。

作為優(yōu)選的方案，步驟(2)中，HNO₃濃度為2～5mol/L，體相石墨相氮化碳CN與2～5mol/L的HNO₃的質(zhì)量/體積比為：0.8～1.2：100g/mL。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，在回流裝置內(nèi)攪拌的溫度為50～100℃，攪拌時(shí)間為4～24h。