[发明专利]氨基化石墨相氮化碳纳米片的制备方法及其在二氧化碳还原中的应用

说明书

本发明涉及氨基化石墨相氮化碳纳米片的制备方法及其在二氧化碳还原中的应用，方法中首先制备体相石墨相氮化碳CN；将得到的体相石墨相氮化碳CN和HNO₃放于反应容器中，并在回流装置内反应得到羧基化的CN纳米片X‑CCN；将X‑CCN分散在甲苯中；在搅拌下将乙二胺EDA和N,N‑二环己基碳二亚胺DCC添加到X‑CCN分散液中，并在惰性气体氛围下在油浴中反应，得到氨基化石墨相氮化碳纳米片X‑CN‑EDA。本发明制备的X‑CN‑EDA表面富含氨基，对CO₂的吸附能力强，光催化CO₂还原的性能优异，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及氨基化石墨相氮化碳纳米片的制备方法及其在二氧化碳还原中的应用。

背景技术

全球能源供应主要依赖富含碳的化石燃料，不可避免地会排放大量的二氧化碳CO₂，从而引起全球变暖。将CO₂光催化还原为能源燃料被认为是减少CO₂排放和解决能源危机的一条有效途径。石墨氮化碳CN具有良好的稳定性、合适的带隙和可见光响应，是一种很有前途的无金属光催化剂。不幸的是，CN的CO₂还原活性非常温和，与目前基于贵金属的光催化剂不可相比。CO₂光还原的主要限制是CO₂吸附能力弱、可见光吸收范围窄和光生载流子的分离率低。即使在高CO₂浓度的反应气氛中，CO₂吸附作为前提步骤也会影响光还原的最终效率。

为了提高g-C₃N₄的光催化性能，研究者做了大量的改性工作。然而，大多数的改性工作，包括形貌结构调变、电子结构优化以及复合光催化剂的制备等，侧重于拓宽g-C₃N₄的可见光吸收和增强光生载流子的分离率。针对CO₂吸附构建g-C₃N₄基光催化剂的研究相对较少。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种工艺简单的氨基化石墨相氮化碳纳米片的制备方法及其在光催化CO₂还原方向的应用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

氨基化石墨相氮化碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将尿素从室温开始以一定的速率升温，升温至煅烧温度，煅烧2～4h，其中煅烧温度为450～600℃；煅烧结束后，离心洗涤并烘干得到体相石墨相氮化碳CN；

步骤(2)：将步骤(1)得到的一定质量的体相石墨相氮化碳CN和一定浓度的HNO₃放于反应容器中，并在回流装置内于一定温度下搅拌一段时间，冷却至室温后，离心洗涤并烘干得到羧基化的CN纳米片X-CCN，其中X表示CN在HNO₃中的搅拌时间、C表示羧基化；

步骤(3)：将步骤(2)得到的一定质量的X-CCN分散在一定体积的甲苯中；在搅拌下将一定体积的乙二胺EDA和一定质量的N,N-二环己基碳二亚胺DCC添加到X-CCN分散液中，并在惰性气体氛围下，在80～100℃的油浴中反应一段时间；反应结束后，冷却至室温，离心洗涤并烘干得到氨基化石墨相氮化碳纳米片X-CN-EDA。

进一步的，步骤(1)中，升温速率为2℃/min。

优选的，步骤(1)中，煅烧温度为550℃。

作为优选的方案，步骤(2)中，HNO₃浓度为2～5mol/L，体相石墨相氮化碳CN与2～5mol/L的HNO₃的质量/体积比为：0.8～1.2：100g/mL。

进一步的，步骤(2)中，在回流装置内搅拌的温度为50～100℃，搅拌时间为4～24h。