[发明专利]一种表面带大量负电荷的氮化碳的制备方法

说明书

本发明以NaCl、KI、体相石墨相氮化碳和少量的去离子水为原料，在550℃氮气氛围下煅烧2h对氮化碳进行改性。改性后的氮化碳在水中可以分散为胶体，具有明显晶格结构，少量水的引入使其表面含有更多羟基，在氮化碳表面形成大量的负电荷，容易吸附阳离子型的反应物。另外，由于NaCl和KI的协同作用，改善了氮化碳的有序程度，而高度有序的表面结构可以减少电子空穴对易复合的缺陷位点，有效增强电荷转移，提升光催化效率。本发明中所制备的改性氮化碳表面具有大量的负电荷，有优异的光生电子和空穴的分离能力。将其用于光催化降解罗丹明B，仅10min就能将罗丹明B降解掉88％，是一种优异的光催化降解材料。附图：改性氮化碳的Zeta电位曲线。

技术领域

本发明涉及一种熔融盐表面修饰的带大量负电荷的氮化碳的制备方法，属于材料和催化科学领域。改性后的氮化碳表面含有大量的负电荷，容易吸附具有阳离子型的反应物。该方法制备的氮化碳基光催化剂不含贵金属，成本低，操作简单，可批量生产，解决了氮化碳在光催化领域的应用限制，具有十分重要的应用价值。

背景技术

g-C₃N₄是近年来新兴的一种碳材料，具有独特的平面结构、良好的电学、光学和物理化学性质，且制备工艺简单、成本较低。与已知的半导体光催化剂如TiO₂、CdS等相比，g-C₃N₄具有耐腐蚀、化学稳定性好、能带结构易于调控，可见光响应范围广等特点，其类石墨烯结构，有利于电子转移传输。金属掺杂可以修饰氮化碳的电子结构，增强可见光响应的能力和电子的传输效率。氯化物中的碱金属离子如Li⁺，Na⁺和K⁺等进入氮化碳分子结构后，在不同分子层中会引起空间中载流子的分散。将氯化钠、碘化钾与体相石墨相氮化碳结合，通过氯化钠和碘化钾混合物的协同效应，在反应过程中引入新的缺陷集团和金属离子，使产物具有更好的溶解性、更大的比表面积、扩展的可见光吸收能力和更高效的光生电子和空穴的分离能力，进而扩展其在光催化氧化反应中的应用。

尽管理想的层状g-C₃N₄具有巨大的理论比表面积，但由于聚合物层的堆叠，制备的体相g-C₃N₄材料通常表现出非常低的比表面积，而且存在电子空穴复合快以及可见光响应弱等缺点；本专利采用表面盐修饰的方法，使氮化碳表面带有更多的负电荷，从而使具有阳离子型的反应物更容易吸附到氮化碳表面，弥补了氮化碳本身比表面积小，不容易对反应物进行吸附的缺点，进而促进反应的进行。氯化钠和碘化钾的协同改性也使氮化碳表面层内引入金属盐离子，比表面积增大、光生电子和空穴分离、传输和转移能力增强，催化活性提升。最后将其应用到光催化罗丹明B的降解上，改性的氮化碳活性得到了明显的提升。

发明内容

1.本发明是设计一种表面带大量负电荷的氮化碳的制备方法，以氯化钠、碘化钾、体相石墨相氮化碳和少量的去离子水为原料，在550℃氮气氛围下煅烧两个小时对氮化碳进行改性，改性后的氮化碳表面含有大量的负电荷，Zeta电位值达到-45.5mV，微量水的加入使CN表面出现大量的羟基，从而使氮化碳更加亲水；其特征在于原料的选取和制备工艺：

2.(1).称取双氰胺10g，用研钵充分研磨，然后平铺在石英舟的底部，用铝箔包裹放到管式加热炉中；

(2).N₂置换30min，驱除管中的氧气。启动加热装置，以2.3℃/min的升温速率升温至550℃，维持恒温4h，然后自然降温，降至室温后取出；

(3).称取反应后的样品600mg，加去离子水0.2mL，充分研磨后再加入600mg KI和600mg NaCl，充分研磨，使混合均匀，然后堆放在刚玉舟的中间并放置于管式加热炉中；

(4).N₂置换30min，驱除管中的氧气。启动加热装置，以5℃/min的升温速率升温至550℃，维持恒温2h，然后自然降温，降至室温后取出；