[发明专利]氮化碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氮化碳材料及其制备方法和应用。该氮化碳材料的制备方法，包括如下步骤：将原料混合，得到混合物，原料由质量比为3:0.5～3:60的前驱体和钾盐组成，前驱体为氮碳化合物，钾盐选自氯化钾及溴化钾中的一种；在空气的气氛中，将混合物在540℃～600℃下煅烧，得到氮化碳材料。上述方法制作成本较低且较为环保，制备得到氮化碳材料是一种新型的高结晶氮化碳材料。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，特别是涉及一种氮化碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

氮化碳聚合物纳米材料因制备简单、合适的能带宽度和较强的氧化还原能力，从2009年开始已经逐渐成为了可见光催化领域里的热门材料，并有可能成为了可见光催化剂的模型催化材料。然而，单一的催化材料在光催化过程中激发的载流子极易发生复合，从而表现出远低于其理论的催化活性，其中一个主要原因是氮化碳聚合物材料的结晶程度低，这是由其高温热聚合的制备条件导致的。前驱体在高温条件下处于动态聚合过程，往往会造成结构缺陷，导致低的结晶度，从而形成催化过程中载流子的复合中心，并导致材料的光催化性能降低。

目前，报道的成功制备出高结晶度结构的氮化碳材料方法基本都是熔盐方法，如LiBr/KBr熔盐、LiCl/KCl熔盐或LiCl/KCl/NaCl熔盐。(Angew.Chem.Int.Edit.2014,53,7450；Angew.Chem.Int.Edit.2013,52,2435；Acs Catal 2016,6,3921；J.Mater.Chem.A2016,4,2943,Nano Lett.2017,17,5891)等，熔盐法制备的高结晶度氮化碳聚合物材料显著增大了材料的光吸收能力和提升了其光催化活性，但这种熔盐法使用的熔盐中均含有锂盐(LiCl/LiBr)，锂盐对空气中的水和二氧化碳都比较敏感，容易发生化学反应而变成对应的氢氧化物或者碳氧化物，而锂盐的结构一旦发生变化，熔盐的作用就会受到相应的影响，甚至起不到熔盐的作用，而导致得到的材料不是氮化碳，导致氮化碳的制备需要在特殊的保护装置下进行，增加了额外的成本。另外，也有报道采用固体模板如SiO₂等来改善氮化碳的结晶性，但这种方法常常需要面对模板剂的去除，必须用到的酸(HCl、HF)或者碱(NaOH)会增加后处理的成本以及对环境造成污染(Nanoscale 2015,7,465，Acs Energy Letters,2018,3,514)。

发明内容

基于此，有必要提供一种制作成本较低且较为环保的氮化碳材料的制备方法，该方法制备得到氮化碳材料是一种新型的高结晶氮化碳材料。

此外，还提供一种氮化碳材料和应用。

一种氮化碳材料的制备方法，包括如下步骤：

将原料混合，得到混合物，所述原料由质量比为3:0.5～3:60的前驱体和钾盐组成，所述前驱体为氮碳化合物，所述钾盐选自氯化钾及溴化钾中的至少一种；及

在空气的气氛中，将所述混合物在540℃～600℃下煅烧，得到氮化碳材料。

在其中一个实施例中，所述前驱体选自三聚氰胺、二氰二胺及尿素中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述将原料混合的步骤包括：将所述原料与无水乙醇混合研磨，然后干燥。

在其中一个实施例中，还包括所述氮化碳材料的纯化步骤：将煅烧后得到的粗产物分别用水和乙醇清洗，然后干燥。

在其中一个实施例中，还包括所述钾盐的回收步骤：将所述水和所述乙醇清洗所述粗产物后得到的清洗液进行结晶处理，得到所述钾盐。

在其中一个实施例中，所述将所述混合物在540℃～600℃下煅烧的步骤包括：将所述混合物以2℃/分钟～10℃/分钟的速率升温至540℃～600℃，并在540℃～600℃下保温煅烧2小时～8小时。

在其中一个实施例中，所述将原料混合的步骤是在空气的气氛中进行的。