硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术是一种硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法，该方法具体操作步骤如下：准确称量三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀并溶解之后放入水热反应釜进行溶剂热反应。将上述反应产物干燥、研磨之后放入带盖坩埚中进行焙烧，最终得到的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。采用本发明专利技术所述方法制备的硫掺杂氮化碳纳米片，比表面积大，光生载流子分离效率高，光催化降解抗生素效果好，且制备流程简单，产率高，成本低，适合大规模推广。

Preparation of sulfur-doped carbon nitride nanosheets and their products and Applications

【技术实现步骤摘要】
硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法及其产品和应用
本专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
光催化技术是近年来迅速发展起来的可以利用太阳能进行环境净化和能源转化的新技术。一方面，我们可以通过光催化技术将低密度的太阳能转化为高密度的化学能，另一方面，我们可以通过光催化技术分解各种污染物以及杀灭细菌与病毒。相比于其他技术，光催化技术有以下优点：可以直接利用太阳光净化环境；室温下彻底降解污染物，特别是有毒难降解有机污染物；有效杀灭细菌、病毒，包括典型致病菌、SARS、流感病毒；安全、无二次污染，污染物被彻底氧化分解为CO2、H2O等无害产物；广谱、长效，上百种污染物几乎都可被降解。但是，现有的光催化材料仍然存在着量子转换效率低，太阳能利用率低的缺陷。氮化碳是一种黄色石墨结构物质，氮化碳不含金属，没有毒性，廉价易得，且其原料在地球中储量丰富，易于合成，并且具有良好的化学与热稳定性。因此，其在光催化领域引起了广泛的关注。目前氮化碳的常规合成方法为高温焙烧含碳氮丰富的原料制备得到氮化碳，这种氮化碳虽然为石墨结构，但是片层之间没有剥离开，这就导致了其比表面积不够大，反应接触面积过低，限制了光催化性能的提高。为了制备片状氮化碳，目前通常采用的剥离方法有：液相超声剥离，固相高温反应剥离以及浓酸质子化之后超声的方式。这些方法剥离效率不高，操作繁琐且产率很低，不适合放大化生产。另一方面，氮化碳禁带宽度为2.7eV，禁带宽度过大，可见光区吸光率不高，太阳能利用率不高。本专利技术采用三聚氰胺以及三聚硫氰酸为原料，通过水热或者溶剂热反应制备得到超分子前驱体，该前驱体为类石墨结构，然后通过高温焙烧使得每一片超分子缩合成硫掺杂氮化碳，同时由于高温过程有气体产生，可以撑开片层与片层间的距离，最终得到薄片状硫掺杂氮化碳。采用本专利技术提出的制备方法得到的硫掺杂氮化碳纳米片，比表面积大，禁带宽度适中，光催化降解抗生素效果好，且操作简单，步骤少，原料易得，成本低，适合放大化生产。
技术实现思路
针对现有制备氮化碳比表面积不高，禁带宽度较大，可见光吸收不高的缺点，本专利技术目的在于提供一种硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的硫掺杂氮化碳纳米片产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于采用三聚氰胺以及三聚硫氰酸为原料，通过水热或者溶剂热反应制备得到超分子前驱体，该前驱体为类石墨结构，然后通过高温焙烧使得每一片超分子缩合成硫掺杂氮化碳，同时由于高温过程有气体产生，可以撑开片层与片层间的距离，最终得到薄片状硫掺杂氮化碳，包括如下步骤：1）按照配方精确称取三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，首先将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀之后将其加入水热反应釜，控制反应温度100～200℃，反应1～72h之后自然冷却至室温；2）将上述反应得到的固体清洗、干燥之后进行研磨粉碎，然后放入瓷舟带盖的陶瓷坩埚中加热（升温速率为1～20℃/min）到400～650℃，保温焙烧0.1～15h，自然冷却之后的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。其中溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、乙氰、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中其一或混合，三聚氰胺与三聚硫氰酸的质量比为1:0.1～10，三聚氰胺与溶剂的质量比为1:5～200。本专利技术提供一种硫掺杂氮化碳纳米片，根据所述任一所述方法制备得到。本专利技术提供一种硫掺杂氮化碳纳米片在在可见光下降解四环素中的应用。本专利技术提供的硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法为：准确称量三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀并溶解之后放入水热反应釜进行溶剂热反应。将上述反应产物干燥、研磨之后放入带盖坩埚中进行焙烧，最终得到的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。本专利技术创造性的以三聚硫氰酸为硫源，一方面提供掺杂氮化碳中硫元素的来源，另一方面三聚硫氰酸与三聚氰胺在水热溶剂热的反应方式中，可以形成类石墨结构的超分子结构，并在加热焙烧的过程中产生气体而将类石墨的层与层撑开，最终一步形成硫掺杂氮化碳纳米片。相比于目前其他的氮化碳纳米片制备方法，制备流程简单，步骤少，产率高，能耗低，制备难度小，适合大规模生产。除此之外，本专利技术通过掺杂元素硫的引入，降低了禁带宽度，提高了光吸收效率，且比表面积大，空穴和电子分离效率高，催化性能也更好。采用本专利技术所述方法制备的硫掺杂氮化碳纳米片，比表面积大，光生载流子分离效率高，光催化降解抗生素效果好，且制备流程简单，产率高，成本低，适合大规模推广。附图说明图1硫掺杂氮化碳纳米片的SEM照片。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术，而不是限制本专利技术的范围。实施例1一种硫掺杂氮化碳纳米片，采用三聚氰胺以及三聚硫氰酸为原料，通过水热或者溶剂热反应制备得到超分子前驱体，该前驱体为类石墨结构，然后通过高温焙烧使得每一片超分子缩合成硫掺杂氮化碳，同时由于高温过程有气体产生，以撑开片层与片层间的距离，最终得到薄片状硫掺杂氮化碳，按如下步骤制备：1）准确称量三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，其中溶剂为去离子水，三聚氰胺与三聚硫氰酸的质量比为1:2，三聚氰胺与溶剂的质量比为1:50，将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀之后将其加入水热反应釜，控制反应温度150℃时，反应12h，之后自然冷却至室温，得到的固体反应物；2）将上述反应产物清洗、干燥之后进行研磨粉碎，然后放入瓷舟带盖的陶瓷坩埚中加热，升温速率为10℃/min，到500℃保温焙烧3h，自然冷却之后得到的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。SEM照片如图1所示。实施例2一种硫掺杂氮化碳纳米片，按如下步骤制备：1）准确称量三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，其中溶剂为乙醇，三聚氰胺与三聚硫氰酸的质量比为1:1，三聚氰胺与溶剂的质量比为1:20，将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀之后将其加入水热反应釜，控制反应温度180℃时反应5h，之后自然冷却至室温，得固体反应产物；2）将上述固体反应产物清洗、干燥之后进行研磨粉碎，然后放入瓷舟带盖的陶瓷坩埚中加热，升温速率为2℃/min，到550℃保温焙烧5h，自然冷却之后得到的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。实施例3一种硫掺杂氮化碳纳米片，按如下步骤制备：1）准确称量三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，其中溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，三聚氰胺与三聚硫氰酸的质量比为1:0.1，三聚氰胺与溶剂的质量比为1:100，将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀之后将其加入水热反应釜，控制在130℃反应24h，之后自然冷却至室温，得固体反应产物；2）将上述固体反应产物清洗、干燥之后进行研磨粉碎，然后放入瓷舟带盖的陶瓷坩埚中加热，升温速率为5℃/min，到600℃保温焙烧4h，自然冷却之后得到的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。附表1采用本专利技术方法制备硫掺杂氮化碳纳米片在可见光下降解四环素的性能本专利技术方法得到的硫掺杂氮化碳纳米片比纯氮化碳性能优越。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于采用三聚氰胺以及三聚硫氰酸为原料，通过水热或者溶剂热反应制备得到超分子前驱体，该前驱体为类石墨结构，然后通过高温焙烧使得每一片超分子缩合成硫掺杂氮化碳，同时由于高温过程有气体产生，以撑开片层与片层间的距离，最终得到薄片状硫掺杂氮化碳，包括如下步骤：1）按照配方精确称取三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，首先将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀之后将其加入水热反应釜，控制反应温度100～200℃，反应1～72h之后自然冷却至室温； 2）将上述反应得到的固体清洗、干燥之后进行研磨粉碎，然后放入瓷舟带盖的陶瓷坩埚中加热（升温速率为1～20℃/min）到400～650℃，保温焙烧0.1～15h，自然冷却之后的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于采用三聚氰胺以及三聚硫氰酸为原料，通过水热或者溶剂热反应制备得到超分子前驱体，该前驱体为类石墨结构，然后通过高温焙烧使得每一片超分子缩合成硫掺杂氮化碳，同时由于高温过程有气体产生，以撑开片层与片层间的距离，最终得到薄片状硫掺杂氮化碳，包括如下步骤：1）按照配方精确称取三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，首先将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀之后将其加入水热反应釜，控制反应温度100～200℃，反应1～72h之后自然冷却至室温；2）将上述反应得到的固体清洗、干燥之后进行研磨粉碎，然后放入瓷舟带盖的陶瓷坩埚中加热（升温速率为1～20℃/min）到400～650℃，保温焙烧0.1～15h，自然冷却之后的固体即为硫掺杂氮化碳纳米片。2.根据权利要求1所述硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于，其中溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、乙氰、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中其一或混合，三聚氰胺与三聚硫氰酸的质量比为1:0.1～10，三聚氰胺与溶剂的质量比为1:5～200。3.根据权利要求1或2所述硫掺杂氮化碳纳米片的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：1）准确称量三聚氰胺、三聚硫氰酸以及溶剂，其中溶剂为去离子水，三聚氰胺与三聚硫氰酸的质量比为1:2，三聚氰胺与溶剂的质量比为1:50，将三聚氰胺以及三聚硫氰酸加入溶剂中，搅拌均匀之后将其加入水热反应釜，控制反应温度150℃时，反应12h，之后自然冷却至室温，得到的固体反应物；2）将上述反应产物清洗、干燥之后进行研磨粉碎...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，徐少洪，王敬锋，林琳，陈振，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31