[发明专利]一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用，属于光催化材料技术领域。本发明中石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；将酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。相比于块状石墨相氮化碳，本发明提供的石墨相氮化碳纳米片材料具有多片层结构以及较大的比表面积，且片层结构完整，作为光催化材料使用，可以在光催化过程中提供更多的活性位点，使光催化过程中的光生电子迅速转移，有效阻止材料中电子‑空穴对的复合，具有很好的光催化活性。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用。

背景技术

在各种可见光驱动的光催化剂中，无机非金属聚合物半导体材料石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其具有合适的带隙值(2.7eV)、较高的热稳定和化学稳定性以及较低的成本，被广泛应用于光催化领域中。目前，制备石墨相氮化碳最常用的方法是通过热解尿素、双氰胺或三聚氯胺等原料获得。但通过热解法制备的石墨相氮化碳为多层片状堆叠的块体，具有光生载流子的快速重组、低表面积和低活性位点密度等缺点，其实际应用受到限制。因此，通过其他途径改善石墨相氮化碳材料的光催化性能成为目前研究的热点。

现有技术中通常从调控形貌和构建异质结构两方面对石墨相氮化碳进行修饰改性，以获得催化性能较佳的光催化剂。受纳米材料形状导向功能的启发，具有特定形态的光催化材料在一定程度上可增大其比表面积，并提高其电子-空穴对的分离。相比于制备其它形状的石墨相氮化碳材料，将石墨相氮化碳制成单片厚度为纳米级的薄片，不仅可增大比表面积，进而增加光催化反应的活性位点，而且其二维平面结构有利于电子的传输，从而提高电子-空穴对的分离效率。因此，片层状石墨相氮化碳材料的研究受到了广泛的关注。

现有技术中有采用硫酸、硝酸或盐酸对三聚氰胺进行酸化处理后再煅烧制备得到石墨相氮化碳材料的报道，但是上述方法制备的石墨相氮化碳材料存在片层不完整、片层中有很多孔洞的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用，采用本发明提供的方法制备得到的石墨相氮化碳纳米片材料具有多片层结构以及较大的比表面积，且片层结构完整，作为光催化材料使用具有很好的光催化活性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：

将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；

将所述酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却至室温后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。

优选地，所述冰醋酸的纯度≥99.5％；所述三聚氰胺与冰醋酸的用量比为1～3g：10～20mL。

优选地，所述酸化处理的温度为室温，时间为12～48h。

优选地，所述酸化处理后还包括：

将酸化处理所得体系进行固液分离，将所得固体物料洗涤至中性后干燥，得到酸化处理前驱体。

优选地，升温至所述第一次煅烧所需温度的升温速率为10℃/min。

优选地，升温至所述第二次煅烧所需温度的升温速率为2℃/min。

优选地，所述第一次煅烧和第二次煅烧在空气气氛中进行。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的石墨相氮化碳纳米片材料，具有多片层结构。