一种二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提出了一种二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料的制备方法，本发明专利技术制备的二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料是由二氧化钛纳米片原位生长在氮化碳纳米片表面复合而成，其优势在于其二维/二维异质结复合材料具有较大的比表面积和更大的界面接触面积，能够提供高速载流子转移通道，提高光生载流子分离和转移效率，另外，能够提供更多的光催化分解水产氢反应活性位点，表现出显著的光催化活性。本发明专利技术的制备方法，制备过程简单，反应条件容易控制，制得的二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料是一种高效、稳定的光催化剂，适用于大规模制备和工业化生产。

Preparation of a Two-dimensional Carbon Nitride/Two-dimensional Titanium Dioxide Composite

The invention provides a preparation method of two-dimensional carbon nitride/two-dimensional titanium dioxide composite material. The two-dimensional carbon nitride/two-dimensional titanium dioxide composite material prepared by the invention is composed of titanium dioxide nanosheets grown in situ on the surface of carbon nitride nanosheets, and its advantages lie in that its two-dimensional/two-dimensional heterojunction composite material has larger specific surface area and larger interface contact area. It can provide high-speed carrier transfer channels, improve the separation and transfer efficiency of photogenerated carriers. In addition, it can provide more active sites for photocatalytic decomposition of aquatic hydrogen, showing significant photocatalytic activity. The preparation method of the invention has the advantages of simple preparation process and easy control of reaction conditions. The prepared two-dimensional carbon nitride/two-dimensional titanium dioxide composite material is an efficient and stable photocatalyst, and is suitable for large-scale preparation and industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料的制备，属于纳米材料和光催化

技术介绍
清洁，可再生能源的发展是满足全球能源需求不断增加和解决环境污染问题的关键。最有吸引力的就是利用半导体光催化剂分解水制氢，将取之不尽用之不竭的太阳能能转变成清洁无污染的氢能。非金属半导体石墨相氮化碳能带是2.7ev，具有优异的可见光光催化活性，显著的热化学稳定性，并且制备方法简单，无毒，价格低廉，成为近年来科学
研究的热点。但是，氮化碳比表面积小，光生载流子复合严重，使其光催化分解水产氢效率低，限制了其在污染物的降解和光催化分解水产氢领域的广泛应用。一种有效的策略是将氮化碳与其他半导体复合构成异质结，将其光生电子快速转移到其他半导体上，减少光生电子和光生空穴的复合，有效提高光催化活性。另外，二氧化钛廉价无毒，广泛应用于环境污染和光催化分解水产氢领域。但是，由于二氧化钛光谱响应范围窄，太阳光利用率低以及其光生载流子复合严重等问题，限制其大规模的产业化，将二氧化钛与氮化碳复合构成异质结是提高光催化性能的有效策略。目前报道的二氧化钛与氮化碳复合材料中二氧化钛主要是颗粒状，复合界面接触面积较小，严重影响光生载流子的传输。文献报道的二氧化钛纳米片主要通过水热法制备，而氮化碳纳米片在水热过程中易分解或团聚成块体，难以同时获得二氧化钛和氮化碳两种材料的形貌均为片状的复合材料，使得光催化性能无法达到预期效果。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述问题，提供一种二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的制备方法，解决了现有技术中氮化碳比表面积小，光生载流子复合率高，二氧化钛光利用率低，复合材料界面接触面积小，接触不紧密等问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料的制备方法，步骤如下：步骤1：先将三聚氰胺与氯化铵混合，三聚氰胺与氯化铵的重量比为1～10:2～25，搅拌研磨均匀，以1～10℃/min升温速率升温到退火温度，退火温度为500～600℃，退火时间为2～4小时，得到黄色氮化碳纳米片材料；步骤2：将上述氮化碳纳米片材料100～800mg分散于30～35ml的异丙醇中，超声分散均匀，加入0.02～0.05ml的二乙烯三胺，混合均匀，再加入1.0～1.5ml二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯，混合均匀，转移到反应釜中，180～220℃条件下，溶剂热处理20～30小时，得到的样品进行离心洗涤，干燥，得到二维氮化碳/二维二氧化钛纳米复合材料。优选的是，步骤1中，三聚氰胺与氯化铵的重量比为2:5，升温速率为2℃/min，退火温度为550℃，退火时间为2小时。优选的是，步骤2中，氮化碳纳米片200mg,异丙醇为31.5ml、二乙烯三胺0.025ml和二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯1.125ml，反应温度为200℃，反应时间为24小时。优选的是，步骤2得到的二维氮化碳/二维二氧化钛纳米复合材料中，二氧化钛纳米片为锐钛矿相，二氧化钛纳米片厚度2～9nm。优选的是，制备得到的二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料作为光催化剂的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种简单的方法制备二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料。首先，通过简单一步热分解法制备氮化碳纳米片作为载体，然后，通过表面活性剂辅助溶剂热法在氮化碳纳米片的表面原位生长二氧化钛纳米片。二维结构的氮化碳能够有效缩短光生载流子的传输距离，降低光生载流子的复合率。二氧化钛纳米片均匀的生长在氮化碳表面，与氮化碳形成面对面的界面接触，接触面积更大，接触紧密，为光生载流子的快速转移传输提供一个界面通道，促进光生载流子的分离，使更多的光生载流子转移到催化剂的表面，参与氧化还原反应。另外，二维/二维复合材料具有更大的比表面积，能够提供更多的光催化分解水产氢反应活性位点，提高复合材料的光催化活性。因此，本专利技术提供了一种二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的制备方法，相较于其他氮化碳/二氧化钛复合材料光催化活性更为高效，制备方法简单，具有极大的应用前景。附图说明图1表示实例1中制得的二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的X射线衍射图(XRD)。图2表示实例1中制得的二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的扫描电子显微镜图(SEM)。图3表示实例1中制得的二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的透射电子显微镜图(TEM)。图4表示实例1中二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料在模拟太阳光条件下分解水产氢的性能图。具体实施方式：本专利技术中，我们提出将二维的氮化碳与二维的二氧化钛原位复合在一起形成二维氮化碳/二维二氧化钛异质结复合催化剂，能够提供较大的比表面积和光催化分解水反应产氢活性位点，并且，二维/二维界面接触面积大，接触紧密，为光生载流子提供一个快速转移的通道，抑制了光生载流子的复合，能够显著提高光生载流子的分离和转移效率。另外，氮化碳与二氧化钛能带比较匹配，氮化碳导带上的光生电子能够迅速转移到二氧化钛的导带上，实现光生电子和光生空穴的有效分离与转移，有利于光催化活性和光催化稳定性的提高。下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。以下实施例用来解释说明本专利技术，而不是对本专利技术进行限制，在本专利技术的精神和权利要求的保护范围内，对本专利技术作出的任何修改和改变，都落入本专利技术的保护范围。实施例1步骤1：将4克三聚氰胺与10克氯化铵混合研磨均匀，转移到坩埚中，马弗炉中以2℃/min的升温速率升到550℃，退火2小时，得到黄色氮化碳纳米片。步骤2：取上述氮化碳200mg加入到31.5ml异丙醇中，超声分散30min。再往里加入二乙烯三胺(EDTA)0.025mL，搅拌10min，继续加入二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯1.125mL，搅拌10min。将所得溶液转移进反应釜中，在200℃条件下溶剂热处理24小时。反应结束后冷却到室温，将沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，置于60℃的烘箱中，干燥24小时，得到二维氮化碳/二维二氧化钛纳米复合材料。图1为实例1所制得的二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的XRD图，可见氮化碳和锐钛矿二氧化钛两个物相的峰，未观察到其它杂峰。图2是实例1所制得的二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的SEM图，从图中可以清楚的看出复合材料成二维片状结构，二氧化钛纳米薄片均匀地覆盖在氮化碳纳米片的表面。图3是实例1制得的二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料的透射电子显微镜图(TEM)，从图中可以清晰的观察到二维复合结构，二氧化钛纳米薄片与氮化碳纳米片形成面对面接触界面。将上述制备得到的的二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料作为高效光催化分解水产氢的催化剂。对其进行光催化分解水产氢性能表征实验，具体实验过程如下：在全光谱下，取上述所制备二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料50mg超声分散在100mL的30％(v/v)三乙醇胺和氯铂酸(1％Pt)溶液中，将反应装置抽真空，并置于模拟光源下，每隔半小时取样一次，用气相色谱检测气体。从而绘制出二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料在模拟光源下光催化分解水产氢曲线图(图4)，由图可以看出，二维氮化碳与二维二氧化钛复合材料在模拟光源下光催化分解水，表现出优异的光催化分解水产氢活性。光照3小时，产氢量为78.7mmol/g。实施例2步骤1：将1克三聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤如下：步骤1：先将三聚氰胺与氯化铵混合，三聚氰胺与氯化铵的重量比为1～10:2～25，搅拌研磨均匀，以1～10℃/min升温速率升温到退火温度，退火温度为500～600℃，退火时间为2～4小时，得到黄色氮化碳纳米片材料。步骤2：将上述氮化碳纳米片材料100～800mg分散于30～35ml的异丙醇中，超声分散均匀，加入0.02～0.05ml的二乙烯三胺，混合均匀，再加入1.0～1.5ml二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯，混合均匀，转移到反应釜中，180～220℃条件下，溶剂热处理20～30小时，得到的样品进行离心洗涤，干燥，得到二维氮化碳/二维二氧化钛纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种二维氮化碳/二维二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤如下：步骤1：先将三聚氰胺与氯化铵混合，三聚氰胺与氯化铵的重量比为1～10:2～25，搅拌研磨均匀，以1～10℃/min升温速率升温到退火温度，退火温度为500～600℃，退火时间为2～4小时，得到黄色氮化碳纳米片材料。步骤2：将上述氮化碳纳米片材料100～800mg分散于30～35ml的异丙醇中，超声分散均匀，加入0.02～0.05ml的二乙烯三胺，混合均匀，再加入1.0～1.5ml二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯，混合均匀，转移到反应釜中，180～220℃条件下，溶剂热处理20～30小时，得到的样品进行离心洗涤，干燥，得到二维氮化碳/二维二氧化钛纳米复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔灿，闫玉梅，
申请(专利权)人：浙江理工大学上虞工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33