[发明专利]一种g-C3N4/MXene复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种g‑C₃N₄/MXene复合材料的制备方法，包括：MXene材料制备，MXene与g‑C₃N₄前驱体物质的混合物制备，g‑C₃N₄/MXene复合材料制备。本发明简单，工艺参数容易控制，成本低廉，易于大规模化生产；制备得到的g‑C₃N₄/MXene复合材料结晶性好，颗粒细小且分布均匀，比表面积大，导电性良好，具有较好的光催化性能，亲生物性能良好，在光催化、废水处理、生物传感器等领域有应用价值。

技术领域

本发明属于纳米功能材料制备领域，特别涉及一种g-C₃N₄/MXene复合材料的制备方法。

背景技术

半导体光催化在解决能源短缺和环境污染等方面表现出巨大的潜力，受到各国政府的高度重视。因此，开发新型、高效的光催化剂成为光催化技术发展的必然需求。

近年来，一种新型的、可见光下响应的非金属材料g-C₃N₄，由于禁带宽度(约2.7eV)较窄、化学稳定性好、制备方法简便等优点受到广泛的关注。迄今为止，自然界中没有发现天然存在的g-C₃N₄晶体，g-C₃N₄主要依赖于实验合成，合成g-C₃N₄的前驱体一般选用含氮量丰富的化合物如尿素、硫脲、氰胺、三聚氰胺等。但合成的g-C₃N₄比表面积通常小于10m²/g，且光生电子与空穴极易复合，导致其光催化的效果并不理想。为了抑制光生电子-空穴对的复合，可以将g-C₃N₄与其他材料复合，利用二者的协同作用来提高其光催化活性。

MXene是一种新型的二维层状纳米材料，可通过腐蚀相应的MAX相制备得到。Ti₃AlC₂和Ti₂AlC是典型的MAX相。MAX相是一类三元层状化合物的统称，这类化合物具有统一的化学式M_n+1AX_n，其中M是过渡金属，A是Ⅲ、Ⅳ主族元素，X是C或者N，n＝1、2、3等。MAX相的结构特点是M原子和A原子层交替排列，形成近密堆积六方层状结构，X原子填充于八面体空隙，其中M-A键具有金属键的特性，相对于M-X键作用力较弱。因此，在氢氟酸溶液中，MAX相的A原子层易于被刻蚀，剩下M与X原子层形成二维M_n+1X_n原子晶体，为了强调它们是由MAX相剥离而来，并具有与石墨烯(Graphene)类似的二维结构，将它们统一命名为MXene。例如，通过用氢氟酸腐蚀MAX相Ti₃AlC₂便可以得到Mxene—Ti₃C₂。

研究发现尿素等有机小分子可以插层MXene，增大MXene层间距。插层是改性粘土的重要方法之一，从结构和性能上看，MXene是一类“导电亲水粘土”，因此，制备有机插层MXene复合物是未来研究的重点。二维层状纳米碳化物(Ti₃C₂和Ti₂C)是一种类石墨烯结构的材料，其独特的形貌和良好的导电性、磁性和热电性能等，使其有望应用于气敏、催化、复合材料、能量存储、环境污染治理、表面等离子体技术、光电池和液晶显示等领域。

因此，g-C₃N₄/MXene复合材料，有望在光催化、废水处理、超级电容器和生物传感器等领域有很好的应用。此外，有关g-C₃N₄和MXene复合还未见报道。

发明内容