[发明专利]一种空心多孔棱柱状石墨相氮化碳的制备方法

说明书

本发明公开了一种空心多孔棱柱状石墨相氮化碳的制备方法。其步骤为：将富氮材料溶于水中，加热溶解搅拌；再将反应后所得溶液趁热倒入反应釜中，水热180℃；所得的固体多次洗涤后干燥，得到棱柱状超分子前驱体；最后将其在550±10℃下焙烧8 h，制得空心多孔棱柱状石墨相氮化碳。本发明制备的空心多孔棱柱状石墨相氮化碳增大了比表面积，且具有更多的活性位点；本发明制备的空心多孔棱柱状石墨相氮化碳具有空心棱柱状的结构，有利于光生载流子的分离和迁移，从而极大地提高了原有氮化碳的可见光制氢的催化性能。

技术领域

本发明涉及一种空心多孔棱柱状石墨相氮化碳的制备方法，属于纳米材料制备领域。

背景技术

面对当今能源紧缺的现实状况，太阳能因其易获取、储量大、无污染等特点被人们广泛关注。但对于如何将其更加有效地应用于能源转换和环境污染等领域，我们仍将面临着严峻的考验。作为在其中具有决定性作用的半导体光催化剂也因而得到了更多研究者的深入研究。

近年来，自从Wang等首次提出聚合物半导体石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为光催化剂在可见光照射条件下能分解水制氢，关于g-C₃N₄的报导也越来越多，并在光催化领域也取得了显著的成果。传统的g-C₃N₄都是通过直接焙烧含有丰富N源的廉价前驱体（如三聚氰胺、二氰二胺、尿素、硫脲等）所制得，具有廉价易得、制备工艺简单及化学稳定性好等明显的优点。但这种传统工艺所制得的g-C₃N₄在实际应用中存在明显限制，主要是因为其比表面积小及光生电子-空穴复合严重。针对这些不足，研究者也设计了一系列的新方法，包括（1）制备薄层纳米片g-C₃N₄，通过促进载流子的迁移率而提高光催化性能；（2）通过软模板法制备介孔g-C₃N₄，增加其比表面积而提高光催化性能；（3）通过杂原子掺杂，拓宽其光吸收波长范围而提高光催化性能；（4）而现阶段非常火热的改性方法是通过分子间氢键的作用自组装形成超分子前驱体，用于制备g-C₃N₄，其能达到形貌可控的目的，从而改善催化剂的光催化性能。Guo等人通过磷酸辅助三聚氰酸制备出棱柱状超分子前驱体，进一步制得具有优异光催化性能的六棱柱状P-TCN [S. Guo, Z. Deng, M. Li, B. Jiang, C. Tian, Q. Pan, H.Fu, Phosphorus-Doped Carbon Nitride Tubes with a Layered Micro-nanostructurefor Enhanced Visible-Light Photocatalytic Hydrogen Evolution,AngewandteChemie, 55 (2016) 1830-1834.]。Zhang等人通过三聚氰胺水热制得棒状前驱体，进而得到多孔薄层氮化碳 [J.W. Zhang, S. Gong, N. Mahmood, L. Pan, X. Zhang,J.J. Zou, Oxygen-doped nanoporous carbon nitride via water-based homogeneoussupramolecular assembly for photocatalytic hydrogen evolution, AppliedCatalysis B: Environmental, 221 (2018) 9-16.]。但这些棱柱状或棒状超分子前驱体要么在形成过程中使用添加剂，要么在最终焙烧氮化碳中无法维持良好的形貌，同时还不具备一般富氮材料形成特殊结构形貌超分子前驱体的普适性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心多孔棱柱状石墨相氮化碳的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种石墨相氮化碳的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将富氮材料溶在水中，加热搅拌溶解；