一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，以三聚氰胺、钼酸钠、硫脲和水作原材料，采用钼酸钠和硫脲辅助水热处理三聚氰胺制备出改性前驱体；然后对上述改性前驱体进行高温煅烧，即可获得Mo掺杂g‑C3N4纳米片粉末。本发明专利技术还公开了采用上述方法制备得到的Mo掺杂g‑C3N4纳米片粉末。所获得的Mo掺杂g‑C3N4纳米粉末是具有高比表面积的纳米片，且金属元素Mo掺入g‑C3N4骨架内可以优化能带结构，为g‑C3N4提供了更多捕获光生电子和空穴的陷阱，有效提高了材料的光催化性能。本发明专利技术方法具有反应过程简单、易于控制、使用原料成本低、对设备无特殊要求的优点，适合大规模工业化生产。

Mo doped graphite phase carbon nitride nanoscale powder and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method of Mo doped graphite phase carbon nitride nanoscale powder. Using melamine, sodium molybdate, thiourea and water as raw materials, the modified precursor is prepared by using sodium molybdate and thiourea to assist the hydrothermal treatment of melamine. Then the modified precursor can be calcined at high temperature to obtain the Mo doped G C3N 4 nanoscale powder. The invention also discloses the Mo doped g C3N4 nano powder prepared by the above method. The obtained Mo doped g C3N4 nano powders are nanoscale with high specific surface area, and the metal element Mo can optimize the band structure in the G C3N4 skeleton, which provides more traps for the capture of photoelectrons and holes for G C3N4, which effectively improves the photocatalytic performance of the material. The method has the advantages of simple reaction process, easy control, low cost of raw materials, and no special requirement for equipment, and is suitable for large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末及其制备方法
本专利技术属于光催化材料制备
，具体涉及一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，还涉及采用上述方法制备得到的Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末。
技术介绍
清洁能源和可再生能源是人类社会发展的必然选择，以解决能源短缺和环境恶化问题。氢气已被公认为最理想的清洁燃料，其燃烧产物是水，无二次污染。g-C3N4作为一种太阳光响应的半导体材料在光催化领域已经受到了人们的广泛关注。传统的体相g-C3N4对紫外可见光的吸收截止波长约在460nm，使其在光解水制氢方面有着重要的应用和商业价值。文献报道：g-C3N4的光催化性能与其电子结构，比表面积，微观形貌直接相关。而传统方法所制备的体相g-C3N4比表面积小、对可见光响应范围窄、光生电子和空穴极易快速复合、光量子效率低的缺点严重制约了其光催化性能的提高。因此，通过g-C3N4改性提高其光催化效率的研究受到人们的广泛青睐。常规g-C3N4改性策略主要包括：形貌调控、负载贵金属、构建异质结和金属/非金属掺杂。特别是，掺杂改性主要是针对g-C3N4独特的二维结构骨架间原子替换或者引入，通过改变其电子结构调控价带和导带能级位置来优化光催化性能，是实现能级调控的最为有效的方法之一。近年来，利用金属元素(例如：Fe、Zn、K、Na、Cs、Rb)掺杂g-C3N4提高光催化性能的文献报道受到了人们的重视，然而，目前有关Mo掺杂g-C3N4的研究尚少见文献报道，且光催化性能增强机制尚不明确。因此，本专利技术提供了一种前驱体改性制备Mo掺杂g-C3N4策略，首先选择三聚氰胺、钼酸钠、硫脲和水作原材料，采用钼酸钠和硫脲辅助水热处理三聚氰胺制备出改性三聚氰胺前驱体；然后将上述改性的三聚氰胺直接在空气中进行高温煅烧，即可获得Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，解决了现有方法制备的体相g-C3N4存在的光生电子和空穴极易快速复合、光量子效率低的缺点，进而制约了其光催化性能的问题。本专利技术的另一目的是提供一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末。本专利技术所采用的技术方案是，一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，改性前驱体的制备：将三聚氰胺、钼酸钠、硫脲、去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，放入烘箱中进行水热反应，得到固液混合物；然后对固液混合物进行洗涤、干燥，得到改性前驱体；步骤2，Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末的制备：对步骤1得到的改性前驱体进行高温煅烧，即得到Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末。本专利技术特点还在于，步骤1中三聚氰胺与去离子水的质量比为1:60～1:2，钼酸钠与去离子水的质量比为1:1000～1:100，硫脲与去离子水的质量比为1:20～1:5。步骤1中水热反应温度为120～200℃，时间为12～96h。步骤1中洗涤，具体为：采用去离子水和无水乙醇分别离心清洗3～6次。步骤1中干燥温度为50～90℃，时间为12～36h。步骤2中高温煅烧温度为500～600℃，保温时间为1～6h。煅烧过程中升温速率为0.1～10℃/min。本专利技术所采用的技术方案是，一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末，采用上述方法制备得到。本专利技术的有益效果是，1、本专利技术制备方法具有反应过程简单、易于控制、使用原料成本低、对设备无特殊要求的优点，充分迎合了当下简单环保低成本的工业级应用，适合大规模工业化生产。通过对三聚氰胺、硫脲、钼酸钠、去离子水的用量进行调控，能够制备出具有纳米片结构的Mo掺杂g-C3N4纳米粉末。2、本专利技术所获得的Mo掺杂g-C3N4纳米粉末是具有高比表面积的纳米片，且金属元素Mo掺入g-C3N4骨架内可以优化能带结构，为g-C3N4提供了更多捕获光生电子和空穴的陷阱，改进了传统体相g-C3N4半导体材料中光生电子-空穴快速复合的缺陷，从而有效提高了材料的光催化性能。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末的透射电子显微照片；图2是本专利技术实施例2制备的Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末的透射电子显微照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，以三聚氰胺、钼酸钠、硫脲和水作原材料，采用钼酸钠和硫脲辅助水热处理三聚氰胺制备出改性三聚氰胺前驱体；然后将上述改性的三聚氰胺直接在空气中进行高温煅烧，即可获得Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末。具体按照以下步骤实施：步骤1，改性前驱体的制备：称取三聚氰胺，将其放入干净的聚四氟乙烯内衬中，加入钼酸钠和硫脲，混合后，加入去离子水，三聚氰胺与去离子水的质量比为1:60～1:2，钼酸钠与去离子水的质量比为1:1000～1:100，硫脲与去离子的质量比为1:20～1:5，待搅拌均匀，盖上盖子将其移入对应的不锈钢反应釜外套，在烘箱中120～200℃保温12～96h，得到前驱体固液混合物；将所获得的前驱体固液混合物用去离子水和无水乙醇分别离心清洗3～6次，得到的沉淀在50～90℃干燥12～36h，即可获得改性的三聚氰胺前驱体。步骤2，Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末的制备：将步骤1获得的改性三聚氰胺前驱体，放入氧化铝坩埚中，盖上盖子；用马弗炉在空气气氛下500℃～600℃煅烧1～6h，煅烧升温速率为0.1～10℃/min。即可获得Mo掺杂g-C3N4纳米粉末。本专利技术采用一种低成本、可控性和可操作性良好的液固相反应法和固相烧结法相结合的策略，通过对三聚氰胺、硫脲、钼酸钠、去离子水的质量比进行调控，能够制备出具有纳米片结构的Mo掺杂g-C3N4粉末。本专利技术制得的Mo掺杂g-C3N4纳米粉末具有高的比表面积，且金属元素Mo掺入g-C3N4骨架内可以优化能带结构，为g-C3N4提供了更多捕获光生电子和空穴的陷阱，改进了传统体相g-C3N4半导体材料中光生电子-空穴快速复合的缺陷，从而提高了材料的光催化性能。本专利技术制得的O掺杂g-C3N4纳米片的产氢速率(870.6μmol·g-1·h-1)较未改性三聚氰胺直接煅烧所获得的体相g-C3N4的产氢速率(144.3μmol·g-1·h-1)提高近6.03倍。且本专利技术方法具有反应过程简单、易于控制、使用原料成本低、对设备无特殊要求的优点，充分迎合了当下简单环保低成本的工业级应用，适合大规模工业化生产。实施例1步骤1，按照三聚氰胺与去离子水的质量比为1:60，钼酸钠与去离子水的质量比为1:1000，硫脲与去离子水的质量比为1:5，将三聚氰胺、钼酸钠、硫脲、去离子水加入干净的聚四氟乙烯内衬中混合，搅拌均匀；将上述聚四氟乙烯内衬装入对应的不锈钢外套中，拧紧；放入烘箱，在200℃保温12h，随炉冷却后，将得到的固液混合物，用去离子水和无水乙醇分别离心清洗6次，随后，在50℃烘箱中干燥36h，即可获得改性前驱体。步骤2，将步骤1所获得的前驱体，放入氧化铝坩埚中，盖上盖子；在600℃保温处理2h，煅烧升温速率为0.1℃/min，即可获得Mo掺杂g-C3N4粉末。本实施例得到的Mo掺杂g-C3N4粉末TEM照片，如图1所示，可以看出其为明显的纳米片结构。实施例2步骤1，按照三聚氰胺与去离子水的质量比为1:2，钼酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，改性前驱体的制备：将三聚氰胺、钼酸钠、硫脲、去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，放入烘箱中进行水热反应，得到固液混合物；然后对固液混合物进行洗涤、干燥，得到改性前驱体；步骤2，Mo掺杂g‑C3N4纳米片粉末的制备：对步骤1得到的改性前驱体进行高温煅烧，即得到Mo掺杂g‑C3N4纳米片粉末。

【技术特征摘要】
1.一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，改性前驱体的制备：将三聚氰胺、钼酸钠、硫脲、去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，放入烘箱中进行水热反应，得到固液混合物；然后对固液混合物进行洗涤、干燥，得到改性前驱体；步骤2，Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末的制备：对步骤1得到的改性前驱体进行高温煅烧，即得到Mo掺杂g-C3N4纳米片粉末。2.根据权利要求1所述的一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤1中三聚氰胺与去离子水的质量比为1:60～1:2，钼酸钠与去离子水的质量比为1:1000～1:100，硫脲与去离子水的质量比为1:20～1:5。3.根据权利要求1所述的一种Mo掺杂石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤1中水热...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙少东，梁淑华，李佳，苟旭峰，崔杰，杨卿，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61