[发明专利]一种片层状多孔氮化碳的制备方法

说明书

本发明公开了一种片层状多孔氮化碳的制备方法，以碳氮前驱体、染料和水作为原材料，采用染料辅助水热处理常规碳氮前驱体制备出改性前驱体；然后将上述改性前驱体进行高温煅烧，即得到片层状多孔氮化碳。所得到的氮化碳具有明显的二维片层状多孔结构，孔径分布均匀，不仅有效提高了材料的比表面积进而增加反应活性位点，而且实现了对材料能带结构的调控，优化了光还原和光氧化的反应电势，较之传统无孔、易团聚的体相g‑C₃N₄展现出良好的光催化性能。另外，本发明具有工序简单、原料来源广泛、成本低廉、实验操作性强、对设备无特殊要求的优点，充分迎合了当下无毒、环保、简易、低成本的工业级需求，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种片层状多孔氮化碳的制备方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种类石墨烯结构的二维半导体材料，在光解水产氢、光还原二氧化碳和光降解有机污染物领域具有极大的应用前景。常规的体相g-C₃N₄虽然具有一定的光催化性能，但是由于其存在能带结构缺陷、比表面积小、易团聚等缺点，严重制约了其在光催化领域的应用。

已有文献表明：“形貌调控”和“掺杂”均是提高单一材料物理化学性能的有效途径，可以优化材料的使用性能。其中“掺杂”策略是通过引入异质元素改变原有材料能级结构从而提高材料的性能，但是相关文献报道表明，g-C₃N₄在元素掺杂的过程中，通常存在合成工艺复杂、掺杂试剂与前驱体配比不易控制的缺点，从而严重地制约了其大规模的制备。值得注意的是，“形貌调控”对于提高g-C₃N₄的光催化性能至关重要。特别是，具有层片状多孔结构的g-C₃N₄不仅可以有效提高材料的比表面积进而增加反应活性位点，而且其不同形态的多孔结构亦可以调控材料的能带结构，优化光还原和光氧化的反应电势，从而使材料的光催化性能得到有效改善。然而，目前多孔结构的g-C₃N₄的制备通常涉及一些用于造孔的有机试剂，不仅增加了成本，而且会对环境造成污染，所以开发一种工序简单、易操作、原料来源广泛的工艺用来制备片层状多孔氮化碳显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种片层状多孔氮化碳的制备方法，解决了现有片层状多孔氮化碳制备工艺复杂、成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种片层状多孔氮化碳的制备方法，以碳氮前驱体、染料和水为原材料，采用染料辅助水热处理常规碳氮前驱体制备出改性前驱体；然后将上述改性前驱体进行高温煅烧，即获得片层状多孔氮化碳。

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1，改性前驱体的制备：

将碳氮前驱体、染料、去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，放入烘箱中进行水热反应，得到固液混合物；然后对固液混合物进行洗涤、干燥，得到改性前驱体；

步骤2，片层状多孔氮化碳的制备：

对步骤1得到的改性前驱体进行高温煅烧，即得到一种片层状多孔氮化碳。

步骤1中碳氮前驱体与去离子水的质量比为1:2～1:50，染料与去离子水的质量比为1:100～1:500000。

其中碳氮前驱体为三聚氰胺；染料为罗丹明B、罗丹明6G、甲基橙、亚甲基蓝、结晶紫、孔雀石绿、对硝基苯酚、对氯苯酚中的任意一种。

步骤1中水热反应温度为110～210℃，时间为10～100h。

步骤1中洗涤，具体为：采用去离子水和无水乙醇分别离心清洗3～7次。