[发明专利]一种质子化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明属于半导体纳米材料领域，公开了一种质子化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用。制备方法包括步骤：将富氮前驱体进行烧结，在2‑6℃/min的升温速率下升温至350℃保温2h，以相同速率再次升温至530‑590℃保温4h，冷却至室温，研磨过筛后得到g‑C₃N₄粉末；所得粉末倒入6～12mol/L的盐酸溶液中，持续磁力搅拌8‑16h，加入与盐酸溶液等体积的去离子水后继续磁力搅拌4‑8h，取出，以5000rpm的离心速率离心，去离子水洗涤至材料呈中性，取最后一次洗涤的2/3上清液冷冻干燥，得到纳米片。该方法操作简单，参数可控，可以有效地调控g‑C₃N₄纳米材料的尺寸大小、形貌、分散性及比表面积。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料领域，特别涉及一种质子化石墨相氮化碳纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)受到科学界的广泛关注，被研究用于水分解制氢、有机合成、CO₂还原和光降解有机物等领域。

作为一种新型的光催化半导体，石墨相氮化碳表现出优异的热稳定性以及化学稳定性，并且具有合理的带隙和带边结构，且g-C₃N₄具有原材料成本低廉、合成技术简便等优点，能够满足大规模工业化生产的要求。另外，该材料中不含金属元素，原料价格低廉且制备过程简单，因此在光解水制氢、有机污染物降解和生物传感成像等领域有着广阔的应用前景。然而，纯g-C₃N₄具有禁带宽度(2.7eV)较大，光生电荷空穴难以分离传导等缺点，因此各种性能表现较差，难以满足实际应用的要求。人们探索并采用了各种方法来克服这些问题，如异质结的制备、金属纳米粒子的敏化、金属和非金属元素的掺杂、C/N百分比的变化、层状结构的分层以及形态控制。在这些方法中，增加活性中心的数量和通过控制其形貌来加速载流子的迁移，被认为是提高性能的最简单途径。由于g-C₃N₄烧结后的材料颗粒尺寸大，比表面积小，其表面活性位点相应减少，性能无法改善。

为解决以上问题，提供一种制备工艺简单，且同时具有分散均匀且高比表面积的石墨相氮化碳的制备方法是该领域亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种质子化石墨相氮化碳纳米片的制备方法；通过质子化的方法对g-C₃N₄材料进行改性处理，选用盐酸作为改性处理材料，有效的改变了g-C₃N₄的颗粒大小及样品的形貌，成功制备出了分散均匀且尺寸大小均一的g-C₃N₄纳米片状材料。

本发明的再一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的质子化石墨相氮化碳纳米片(HCN)。

本发明的另一目的在于提供一种上述质子化石墨相氮化碳纳米片的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种质子化石墨相氮化碳纳米片的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)制备g-g-C₃N₄：称取富氮前驱体，倒入带盖刚玉坩埚中，置于马弗炉进行烧结，在2-6℃/min的升温速率下升温至350℃保温2h，以2-6℃/min的升温速率再次升温至530-590℃保温4h，随后冷却至室温，研磨过筛后得到g-C₃N₄粉末；