[发明专利]一种氧化镍/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化镍/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将含氮和碳的前驱物与氯化镍和其他氯化物的混合物置于研钵内，研磨均匀后转入坩埚中；（2）将坩埚置于马弗炉内，盖上坩埚盖，煅烧，得到固体熔块；（3）将所得熔块研碎分散于水中，离心，然后将沉淀分别用盐酸和水洗涤3‑5次，所得沉淀即为氧化镍/石墨相氮化碳复合材料。本发明制得的氮化碳和氧化镍具有匹配的带隙结构，形成了氧化镍/石墨相氮化碳异质结复合材料，促进了光生电子‑空穴的分离和迁移。在可见光下，该异质结复合材料展示了高的光催化活性，在光催化领域有着潜在的广泛应用。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，特别涉及一种氧化镍/氮化碳复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨相碳化氮（g-C₃N₄）是一种中等带隙的间接非金属半导体，带隙为 2.7 eV，具有热稳定性高，化学稳定性好等特点，在催化、电子和光学等领域具有广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。纯石墨相碳化氮的比表面较小，对可见光的利用率不高，光生电子-空穴的复合率高，导致了其只有中等的光催化活性（Wang, Adv. Mater., 2015, 27:2150-2176）。研究者开展了大量的工作对石墨相碳化氮进行改性，包括对石墨相碳化氮进行掺杂，将氮化碳和另外的半导体复合，或在石墨相碳化氮的表面沉积共催化剂。光生电子-空穴对的复合率高被认为是石墨相碳化氮材料光催化效率不高的主要原因，而催化剂中异质结的存在可有效促进电子-空穴对的分离和迁移。因此，将氮化碳和另外的半导体复合构建异质结是提高石墨相碳化氮光催化性能的有效策略。

熔盐法不仅可以加速反应物的传质速度，而且产物可使用水进行分离，操作简单快捷，是一种绿色的合成方法。更重要的是，采用熔盐法可对材料结构和形貌进行调控，增大产物的比表面积，改善其催化性能。利用LiCl（LiBr）/KCl共熔盐作为反应介质，张海军课题组以三聚氰胺为前驱体原位制备了四方管状石墨相碳化氮。与三聚氰胺直接缩聚制备的层状石墨相碳化氮相比，石墨相碳化氮管具有大的比表面积和高的光催化降解性能（Zhang, Appl. Catal. B: Environ.,2018, 225: 307-313）。陈德良课题组报道了利用微波处理在LiCl/KCl熔盐中制备三嗪基/七嗪基石墨相碳化氮复合材料的方法（Liu, Appl.Catal. B: Environ.,2017, 203: 300–313），石墨相碳化氮同质结的形成促进了光生载流子的迁移和分离，表现了高的产氢活性。Dontsova 报道了熔盐法制备石墨相碳化氮复合材料的方法（Fettkenhauer, Green Chem., 2015, 17: 3350-3361 ）。迄今为止，关于熔盐制备氧化镍/石墨相碳化氮异质结的方法未见报道。

氧化镍（NiO）是一种p-型半导体材料，在催化材料、光电材料、气敏传感器等方面有着广泛的应用。李村课题组以三聚氰胺和四水合乙酸镍为前驱体，通过一步煅烧法制备了氧化镍/石墨相氮化碳异质结，但是该复合材料的比表面积较小，催化剂的性能提高不多（Chen，RSC Adv., 2014, 4: 22491-22497）。因此，通过熔盐法制备比表面积大且催化活性高的氧化镍/石墨相氮化碳异质结复合材料具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种氧化镍/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种氧化镍/石墨相氮化碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将含氮和碳的前驱物与氯化镍和其他氯化物的混合物置于研钵内，研磨均匀后转入坩埚中；

（2）将坩埚置于马弗炉内，盖上坩埚盖，煅烧，得到固体熔块；

（3）将所得熔块研碎分散于水中，离心，然后将沉淀分别用盐酸和水洗涤3-5次，所得沉淀即为氧化镍/石墨相氮化碳复合材料。

所述含氮和碳的前驱物为三聚氰胺、双氰胺、尿素、盐酸胍中的一种。