一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用，属于光催化材料技术领域。本发明专利技术中石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；将酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。相比于块状石墨相氮化碳，本发明专利技术提供的石墨相氮化碳纳米片材料具有多片层结构以及较大的比表面积，且片层结构完整，作为光催化材料使用，可以在光催化过程中提供更多的活性位点，使光催化过程中的光生电子迅速转移，有效阻止材料中电子‑空穴对的复合，具有很好的光催化活性。

A graphite phase carbon nitride nano sheet material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及光催化材料
，尤其涉及一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在各种可见光驱动的光催化剂中，无机非金属聚合物半导体材料石墨相氮化碳(g-C3N4)因其具有合适的带隙值(2.7eV)、较高的热稳定和化学稳定性以及较低的成本，被广泛应用于光催化领域中。目前，制备石墨相氮化碳最常用的方法是通过热解尿素、双氰胺或三聚氯胺等原料获得。但通过热解法制备的石墨相氮化碳为多层片状堆叠的块体，具有光生载流子的快速重组、低表面积和低活性位点密度等缺点，其实际应用受到限制。因此，通过其他途径改善石墨相氮化碳材料的光催化性能成为目前研究的热点。现有技术中通常从调控形貌和构建异质结构两方面对石墨相氮化碳进行修饰改性，以获得催化性能较佳的光催化剂。受纳米材料形状导向功能的启发，具有特定形态的光催化材料在一定程度上可增大其比表面积，并提高其电子-空穴对的分离。相比于制备其它形状的石墨相氮化碳材料，将石墨相氮化碳制成单片厚度为纳米级的薄片，不仅可增大比表面积，进而增加光催化反应的活性位点，而且其二维平面结构有利于电子的传输，从而提高电子-空穴对的分离效率。因此，片层状石墨相氮化碳材料的研究受到了广泛的关注。现有技术中有采用硫酸、硝酸或盐酸对三聚氰胺进行酸化处理后再煅烧制备得到石墨相氮化碳材料的报道，但是上述方法制备的石墨相氮化碳材料存在片层不完整、片层中有很多孔洞的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用，采用本专利技术提供的方法制备得到的石墨相氮化碳纳米片材料具有多片层结构以及较大的比表面积，且片层结构完整，作为光催化材料使用具有很好的光催化活性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；将所述酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却至室温后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。优选地，所述冰醋酸的纯度≥99.5％；所述三聚氰胺与冰醋酸的用量比为1～3g：10～20mL。优选地，所述酸化处理的温度为室温，时间为12～48h。优选地，所述酸化处理后还包括：将酸化处理所得体系进行固液分离，将所得固体物料洗涤至中性后干燥，得到酸化处理前驱体。优选地，升温至所述第一次煅烧所需温度的升温速率为10℃/min。优选地，升温至所述第二次煅烧所需温度的升温速率为2℃/min。优选地，所述第一次煅烧和第二次煅烧在空气气氛中进行。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的石墨相氮化碳纳米片材料，具有多片层结构。优选地，所述石墨相氮化碳纳米片材料中，单片石墨相氮化碳纳米片的厚度为10～50nm。本专利技术提供了上述技术方案所述石墨相氮化碳纳米片材料作为光催化材料的应用。本专利技术提供了一种石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；将所述酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却至室温后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。本专利技术以三聚氰胺为原料，利用冰醋酸对其进行酸化处理，避免了现有技术中采用无机强酸容易破坏三聚氰胺结构，导致最终所得材料纳米片层不完整、甚至出现很多孔洞的问题；冰醋酸为有机酸，在后续煅烧过程中可以被分解去除，不会有残留，因而使最终所得石墨相氮化碳纳米片材料的片层结构均匀完整。将酸化处理前躯体进行两次煅烧，其中，酸化处理前驱体经第一次煅烧形成含有插层酸(冰醋酸)的氮化碳块，之后再进行第二次煅烧，使氮化碳块里残留的插层酸分解，将氮化碳块剥离形成氮化碳纳米片，第一次煅烧结束后冷却至室温然后再进行第二次煅烧，有利于消除材料的热应力，提高材料的韧性，进而有利于制备得到片状材料。相比于块状石墨相氮化碳，本专利技术提供的石墨相氮化碳纳米片材料具有多片层结构以及较大的比表面积，且片层结构完整，作为光催化材料使用，可以在光催化过程中提供更多的活性位点，使得光催化过程中的光生电子迅速转移，有效的阻止材料中电子-空穴对的复合，具有很好的光催化活性。实施例的结果表明，本专利技术中石墨相氮化碳纳米片材料比块状石墨相氮化碳具有更高的光催化活性，其光催化产氢效率是块状石墨相氮化碳的1～3倍，光催化降解效率是块状石墨相氮化碳的2～3倍。此外，本专利技术提供的方法工艺简单、易于操作，成本低廉，反应过程易于控制。进一步地，本专利技术提供的石墨相氮化碳纳米片材料中，单片石墨相氮化碳纳米片的厚度为10～50nm，本专利技术通过调整三聚氰胺与冰醋酸用量关系、酸化处理条件以及煅烧条件，可以控制石墨相氮化碳纳米片的厚度，保证最终所得石墨相氮化碳纳米片材料具有很好的光催化活性。附图说明图1为实施例1制得的石墨相氮化碳纳米片材料的扫描电镜图；图2为实施例2制得的石墨相氮化碳纳米片材料的扫描电镜图；图3为实施例2制得的石墨相氮化碳纳米片材料的原子力显微照片和相对应的片层厚度图；图4为实施例3制得的石墨相氮化碳纳米片材料的扫描电镜图；图5为块状石墨相氮化碳的扫描电镜图以及块状石墨相氮化碳与实施例1～3制得的石墨相氮化碳纳米片材料降解亚甲基蓝的光催化降解曲线；图6为块状石墨相氮化碳与实施例1～3制得的石墨相氮化碳纳米片材料光催化分解水制氢的产氢速率曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；将所述酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却至室温后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。本专利技术将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体。本专利技术以三聚氰胺为原料，利用冰醋酸对其进行酸化处理，避免了现有技术中采用无机强酸容易破坏三聚氰胺结构，导致得到石墨相氮化碳纳米片层不完整、甚至出现很多孔洞的问题；冰醋酸为有机酸，在后续煅烧过程中可以被分解去除，不会有残留，且最终所得石墨相氮化碳纳米片材料的片层结构均匀完整。在本专利技术中，所述冰醋酸的纯度优选≥99.5％；所述三聚氰胺与冰醋酸的用量比优选为1～3g：10～20mL，更优选为1～2g：10～20mL，进一步优选为2g：10mL。本专利技术采用浓度≥99.5％的冰醋酸对三聚氰胺进行酸化处理，能够保证足够量的醋酸根离子存在于三聚氰胺中；如果采用稀醋酸，在浸泡过程中会导致醋酸根水解流失，使得三聚氰胺中的醋酸根离子存量不足。在本专利技术中，所述酸化处理的温度优选为室温，即不需要额外的加热或降温，在本专利技术的实施例中，具体是在25℃条件下进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；/n将所述酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却至室温后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨相氮化碳纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将三聚氰胺与冰醋酸混合后进行酸化处理，得到酸化处理前驱体；
将所述酸化处理前驱体在500～550℃条件下进行第一次煅烧3～5h，冷却至室温后再于500～600℃条件下进行第二次煅烧2～4h，得到石墨相氮化碳纳米片材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冰醋酸的纯度≥99.5％；所述三聚氰胺与冰醋酸的用量比为1～3g：10～20mL。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸化处理的温度为室温，时间为12～48h。


4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述酸化处理后还包括：
将酸化处理所得体系进行固液分离，将所得固体物料洗涤至中性后干燥，得到酸化处...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩，杨茜，胡婕，张春迎，温斌，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13