纳米片组装的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用技术

一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用，属于半导体光催化材料技术领域。所述氮化碳为分级多孔的花状结构，由多孔纳米片分层、有序组装得到，其中，所述花状氮化碳的花体大小为4～10μm，纳米片的厚度为20～60nm，比表面积为90～140m

Graded porous flower like carbon nitride assembled by nano sheet and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
纳米片组装的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用
本专利技术属于半导体光催化材料
，具体地说，涉及一种可见光光催化还原二氧化碳活性增强的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用。
技术介绍
如今，能源消耗和环境污染已成为当今世界的两个主要问题。人类过度活动和尾气排放导致的全球变暖使环境问题变得越来越严重。作为导致温室效应的主要气体，二氧化碳的还原非常重要。光催化还原CO2以及产生CH4、CO和其他燃料气体，因其高效和环境友好而受到广泛关注。氮化碳(g～C3N4)由于不含金属、化学稳定性和热稳定好、能带结构适中等优点被广泛应用于光催化产氢，二氧化碳还原和污染物降解等方面。通过常规方法合成的石墨氮化碳的光催化活性由于低的比表面积和高的载流子复合而受到限制。为了提高氮化碳的光催化性能和应用价值，设计出形貌理想、结构先进的材料至关重要。作为一种独特的结构，分级多孔结构由于能增大光吸收效率、增大比表面积、促进反应物分子的运输引起了人们的关注。考虑到分级多孔结构的优越性，近年来已经设计并制备了具有不同形貌的氮化碳的分级多孔结构，比如分级多孔氮化碳纳米管、分级多孔氮化碳纳米带等。但是分级多孔花状氮化碳很少被报道。目前为止，孙等(Sun,J.；Xu,J.；Grafmueller,A.；Huang,X.；Liedel,C.；Algara～Siller,G.；Willinger,M.；Yang,C.；Fu,Y.；Wang,X.；Shalom,M.,Self～assembledcarbonnitrideforphotocatalytichydrogenevolutionanddegradationofp～nitrophenol.Appl.Catal.B～Environ.2017,205,1～10)报道通过引入二次极性溶剂后处理约20小时，制备出类似花状氮化碳，但是其片状单体较厚(90～130)nm，并且没有产生多孔网络，该方法耗时、成本高，引入丙酮等极性溶剂会污染环境，很难大规模推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
存在的缺陷，提出了一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳及其制备方法和应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳，其特征在于，所述氮化碳为分级多孔的花状结构，由多孔纳米片分层、有序组装得到，其中，所述花状氮化碳的花体大小为4～10μm，纳米片的厚度为20～60nm，比表面积为90～140m2g-1，孔体积为0.4～1m3g-1，孔径为1～6nm。一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳的制备方法，其特征在于，所述分级多孔花状氮化碳由氰尿酸和三聚氰胺通过分子自组装形成氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体；然后通过水浴加热方法在前驱体中引入乙醇分子插层，煅烧缩聚后形成的。一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体的制备：1.1将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中，搅拌直至溶液澄清透明，得到质量浓度为1×104～4×104mg/L的三聚氰胺的二甲基亚砜溶液；将氰尿酸溶解于二甲基亚砜中，搅拌直至溶液澄清透明，得到质量浓度为1×104～4×104mg/L的氰尿酸的二甲基亚砜溶液；1.2将步骤1.1配制的三聚氰胺的二甲基亚砜溶液和氰尿酸的二甲基亚砜溶液混合，搅拌5～30min直至形成白色沉淀，得到悬浮液；其中，混合时，三聚氰胺和氰尿酸的摩尔比为1：(0.1～2)；1.3将步骤1.2得到的悬浮液离心、洗涤，并在50～70℃下干燥，得到的白色产物即为氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体；步骤2、分级多孔花状氮化碳的制备：2.1将步骤1得到的氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体分散于乙醇中，搅拌均匀，得到质量浓度为2×104～5×104mg/L的分散液；2.2将步骤2.1得到的分散液在20～80℃的水浴条件下搅拌反应1～5h，得到的白色悬浮液经离心、洗涤、干燥，得到样品；2.3将步骤2.2得到的样品置于马弗炉内，以2～5℃/min的升温速率由室温升至550℃，并在550℃下保温2～8h，完成后，自然冷却至室温，取出，即可得到分级多孔花状氮化碳。本专利技术还提供了上述分级多孔花状氮化碳作为光催化剂的应用。进一步地，本专利技术还提供了上述分级多孔花状氮化碳在光催化还原二氧化碳中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术制备的分级多孔花状氮化碳从三个方面增强光催化活性：首先分级多孔结构增强了光收集效率，并且解决了纳米片的堆积问题；其次，分级多孔结构增大了材料的比表面积，为表面的氧化还原反应提供更多的活性位点；最后，由于独特分级结构配合多孔网络形成了独特的传输通道，促进了反应物分子和载流子的扩散。(2)本专利技术制备分级多孔花状氮化碳的方法具有简单，省时高效并且容易控制形貌等优点。(3)本专利技术使用分子自组装结合致孔剂分子插层的方法制备出独特的分级多孔结构从而提高光催化还原二氧化碳活性的思路可在光催化领域推广。附图说明图1为实施例1、对比例1～3所制备材料的XRD衍射图谱；图2(a)、(b)、(c)、(d)分别为实施例1、对比例1、对比例2、对比例3所制备材料的扫描电镜图(SEM)；图3为实施例1和对比例1～3所制备材料在可见光辐射下的光催化二氧化碳还原性能图；其中，(a)为实施例1、对比例1、对比例2、对比例3所制备材料的光还原二氧化碳所产生的一氧化碳性能图，(b)为实施例1、对比例1、对比例2、对比例3所制备材料的光还原二氧化碳所产生的甲烷性能图；图4为实施例1合成机理图。具体实施方式下面将结合具体的实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。应理解，所举实施例的目的在于进一步阐述本专利技术的内容，而不能在任何意义上解释为对本专利技术保护范围的限制。实施例1：分级多孔花状氮化碳(标记为CMN)的制备方法，步骤如下：步骤1、氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体的制备：1.1将0.5g三聚氰胺溶解于20mL二甲基亚砜中，搅拌3h直至溶液澄清透明，得到三聚氰胺的二甲基亚砜溶液；将0.51g氰尿酸溶解于20mL二甲基亚砜中，搅拌3h直至溶液澄清透明，得到氰尿酸的二甲基亚砜溶液；1.2将步骤1.1配制的三聚氰胺的二甲基亚砜溶液和氰尿酸的二甲基亚砜溶液混合，搅拌15min形成白色沉淀，得到悬浮液；其中，混合时，三聚氰胺和氰尿酸的摩尔比为1：1；1.3将步骤1.2得到的悬浮液离心，并用去离子水和乙醇洗涤数次，然后在50℃烘箱中干燥，得到的白色产物即为氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体(cyanuricacid～melamine简记为CM)；步骤2、分级多孔花状氮化碳的制备：2.1将0.6g步骤1得到的氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体(CM)分散于20mL乙醇中，搅拌均匀，得到分散液；2.2将步骤2.1得到的分散液在60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳，其特征在于，所述氮化碳为分级多孔的花状结构，由多孔纳米片分层、有序组装得到，其中，所述花状氮化碳的花体大小为4～10μm，纳米片的厚度为20～60nm，比表面积为90～140m

【技术特征摘要】
1.一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳，其特征在于，所述氮化碳为分级多孔的花状结构，由多孔纳米片分层、有序组装得到，其中，所述花状氮化碳的花体大小为4～10μm，纳米片的厚度为20～60nm，比表面积为90～140m2g-1，孔体积为0.4～1m3g-1，孔径为1～6nm。


2.一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳的制备方法，其特征在于，所述分级多孔花状氮化碳由氰尿酸和三聚氰胺通过分子自组装形成氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体；然后通过水浴加热方法在前驱体中引入乙醇分子插层，煅烧缩聚后形成。


3.一种纳米片组装的分级多孔花状氮化碳的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、氰尿酸-三聚氰胺络合物前驱体的制备：
1.1将三聚氰胺溶解于二甲基亚砜中，搅拌直至溶液澄清透明，得到质量浓度为1×104～4×104mg/L的三聚氰胺的二甲基亚砜溶液；将氰尿酸溶解于二甲基亚砜中，搅拌直至溶液澄清透明，得到质量浓度为1×104～4×104mg/L的氰尿酸的二甲基亚砜溶液；
1.2将步骤1.1配制的三聚氰胺的二甲基亚砜溶液和氰尿酸的二甲基亚砜溶液混合，搅拌5～30min直至形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：向全军，李访，张怀武，廖宇龙，金立川，李颉，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51