[发明专利]一种离子填充石墨相氮化碳纳米片的制备方法

说明书

本发明提供一种离子填充石墨相氮化碳纳米片的制备方法，该制备方法主要分为三步：(1)煅烧前驱物的制备，包括氮源的溶解分散、氮源与氯化氢结合生成前驱物以及前驱物的干燥；(2)前驱物的密封煅烧；(3)煅烧产物的后处理。该制备方法具有原料廉价易得、工艺简单、绿色环保、易于工业化生产等优点。通过本发明方法制备的离子填充g‑C₃N₄纳米片，相比于普通的g‑C₃N₄能量带隙更低，光生电荷对分离效率显著提高，在可见光下表现出了较好的光氧化去除NO性能，并且经过多次使用，依然能够保持原有的光催化活性，具有非常好的稳定性。

技术领域

本发明属于光催化纳米材料制备与环境污染物处理技术领域，具体涉及一种离子填充石墨相氮化碳(g-C₃N₄)纳米片的制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是氮元素和氧元素所组成的化合物的总称，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)等多种形态，是大气中的主要污染物之一。人为活动排放的NO_x中，NO占90％以上。NO_x会引起支气管炎、肺气肿、神经衰弱和麻痹等诸多身体疾病，还会造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏、温室效应、城市雾霾等环境污染。根据中国环境保护部公布的数据，近年来我国的NO_x排放量逐年增加，由此带来的问题日益严重，这也对NO_x净化技术的发展提出了更高的要求。

半导体光催化技术是近年来快速发展的一种新兴绿色化学技术，它能够利用太阳能产生高活性的自由基和空穴来降解环境中的污染物，达到修复环境污染的目的。与传统的环境污染修复技术相比，光催化技术具有适应性强、反应条件温和、反应产物无毒副作用、节能环保等优点。光催化技术的核心在于制备出成本低廉、性能优良、稳定性高的光催化剂。

2009年，王新晨等人首次报道了一种无金属聚合物光催化剂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)。他们发现g-C₃N₄能够在可见光的照射下通过分解水产生氢气和氧气。自此之后，g-C₃N₄因其优良的化学稳定性、低成本、无毒、制备工艺简单等特点迅速成为光催化领域中最热门的研究课题之一。然而，普通的g-C₃N₄存在着自身比表面积较小、光生电荷对易复合等缺点，导致其光催化活性较低。将g-C₃N₄设计成二维纳米片结构是克服上述两种缺陷的有效方法。g-C₃N₄纳米片的比表面积比块状的普通g-C₃N₄大得多，而且纳米片结构可以显著地缩短光生电荷对从本体到表面的迁移距离，从而抑制光生电荷对在本体中的大量复合。因此，从块状到纳米片的形貌变化可以显著提高g-C₃N₄的光催化活性。即使如此，g-C₃N₄纳米片仍然存在一些固有缺陷，例如能量带隙的增大和光生电荷对的表面复合。由于纳米片结构的量子限制效应导致g-C₃N₄纳米片能量带隙增大，在光谱响应和光激发方面产生了不利影响，而光生电荷对的表面复合会限制后续光催化反应的可用性。由于这两种固有的缺陷，g-C₃N₄纳米片在太阳能转换中的实际应用非常有限。因此有必要研发一种光催化活性稳定的石墨相氮化碳。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种离子填充石墨相氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：