利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法技术

本发明专利技术涉及功能材料制备领域，具体为一种利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法。利用含碳氮前驱体、氯化锂与高价离子氯化物共晶熔盐作为前驱体，混合均匀后置于石英管中；首先在设定温度下经过一段时间的预烧，冷却至室温后将石英管抽真空并封管；然后在设定温度下保持一定时间使得结晶氮化碳进行共晶熔盐法生长；最后经过冷却、清洗和干燥后得到具备不同形貌的结晶氮化碳。本发明专利技术通过对熔盐环境的控制制备出一种晶态氮化碳纳米盘/纳米片，能够解决目前晶态氮化碳作为一种高效光催化剂不能实现可控微观形貌合成的问题。形貌合成的问题。形貌合成的问题。

【技术实现步骤摘要】
利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法


[0001]本专利技术涉及功能材料制备领域，具体为一种利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法。

技术介绍

[0002]伴随着日益加剧的环境污染与能源衰竭，氢能作为一种新型的可再生清洁能源因其能量密度高，燃烧无污染并且易传输等特点有望成为传统化石能源的替代品。光催化分解水产氢作为一种可持续的制氢工艺受到人们的广泛关注。实际上，光催化分解水包括产氢与产氧两个半反应，但由于光催化全分解水对材料的要求较高，利用单体材料在纯水中进行全分解水反应仍具有挑战性。氮化碳作为一种仅含有C、N以及少量H、O的聚合物半导体，自其光催化活性被发现以来便受到人们的广泛关注[文献1：Wang X,Maeda K,Thomas A,et al.A metal
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free polymeric photocatalyst for hydrogen production from water under visible light[J].Nature materials,2009,8(1):76
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80.]。虽然该材料具有合适的能带结构与较好的稳定性，但受制于其在制备过程中热力学壁垒较大、传质过慢等动力学问题，产量非常低且只能制备出结晶度极差的类石墨氮化碳(g
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C3N4)，并且由于体相缺陷较多导致光生载流子发生严重复合，难以实现载流子较快传输，从而使得光催化性能较低。
[0003]鉴于此，对结晶氮化碳的研究更有利于理解光催化的反应过程并推动氮化碳的发展。其中，根据结晶氮化碳自身分子结构的组合单元不同可分为两种，分别为聚三嗪酰亚胺(PTI)以及聚七嗪酰亚胺(PHI)。其中，由于聚三嗪酰亚胺带隙合适，结晶度良好，聚合程度较高且可以实现光催化全分解水而受到广泛关注。自文献报道利用氯化钾与氯化锂共晶熔盐法合成结晶氮化碳(PTI)以来[文献1：Bojdys M J,M
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ller J O,Antonietti M,et al.Ionothermal synthesis of crystalline,condensed,graphitic carbon nitride[J].Chemistry
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A European Journal,2008,14(27):8177
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8182.文献2：Wirnhier E,M,GunzelmannD,et al.Poly(triazine imide)with intercalation of lithium and chloride ions[(C3N3)2(NHxLi1‑
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)3·
LiCl]:a crystalline 2D carbon nitride network[J].Chemistry
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AEuropean Journal,2011,17(11):3213
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3221.]，尤其在近些年，结晶氮化碳(PTI)在光催化全分解水领域得到广泛发展[文献3：Lin L,Wang C,Ren W,et al.Photocatalytic overall water splitting by conjugated semiconductors with crystalline poly(triazine imide)frameworks[J].Chemical science,2017,8(8):5506
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5511.文献4：LinL,Lin Z,Zhang J,etal.Molecular
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level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting[J].Nature Catalysis,2020,3(8):649
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655.]。虽然目前获得了较好形貌且取得了不错的光催化分解水产氢与产氧性能，但由于生长方法过于单一，导致难以对结晶氮化碳的微观形貌进行精准调控，这无疑限制了该材料在光催化领域的实际应用。
[0004]在结晶氮化碳制备方面，中国专利公开号CN108584892A公开了一种晶相氮化碳纳米颗粒的制备方法及其应用，所述方法只能制备出结晶氮化碳的另一种形式，即聚七嗪酰亚胺(PHI)，且只能进行光催化产氢半反应并且性能较低，难以满足高效全分解水要求。
[0005]在控制结晶氮化碳PTI制备方面，文献4[Lin L,Lin Z,Zhang J,et al.Molecular
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level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photcatalysing overall water splitting[J].Nature Catalysis,2020,3(8):649
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655]利用调控温度的方法制备了长径比可调的PTI，但仅通过调控温度难以实现精准控制晶面暴露比例的目标，且对于炉温敏感性导致此方法难以进行工业化复制。
[0006]综上，如何低成本高效制备具备不同微观形貌，对实现具备高效全分解水性能的高结晶氮化碳具有重要的研究与应用价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，利用高价离子熔盐作为掺杂前驱体并作为形貌与相结构控制剂与氯化锂和含碳氮前驱体，利用熔盐法制备出不同微观形貌的晶态氮化碳，工艺简单，成本低廉，所得的产物光催化剂具备光催化全分解水产氢与产氧活性，且活性较高，具备规模化应用潜力，能够解决目前晶态氮化碳作为一种高效光催化剂不能实现可控微观形貌合成的问题。
[0008]本专利技术的技术方案是：
[0009]一种利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，利用高价离子氯化物共晶熔盐作为掺杂前驱体与相结构和形貌的调控剂，在合成晶态氮化碳的实验过程中，首先将氯化锂
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高价离子氯化物共晶熔盐，与含碳氮前驱体一起混合均匀后置于石英管中，并装于箱式马弗炉中进行一定时间的预烧，然后将含有预烧后产物的石英管进行抽真空和密封，进一步烧结后，对石英管中产物进行清洗与干燥，得到纳米盘状或纳米片状的晶态氮化碳PTI光催化剂。
[0010]所述的利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，与氯化锂共同形成共晶熔盐的高价离子氯化物为CaCl2、SrCl2、BaCl2、CoCl2、MnCl2、FeCl2、FeCl3、LaCl3、CeCl3、WCl4和WCl5中的一种或两种以上。
[0011]所述的利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，含碳氮前驱体为氰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，其特征在于，利用高价离子氯化物共晶熔盐作为掺杂前驱体与相结构和形貌的调控剂，在合成晶态氮化碳的实验过程中，首先将氯化锂
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高价离子氯化物共晶熔盐，与含碳氮前驱体一起混合均匀后置于石英管中，并装于箱式马弗炉中进行一定时间的预烧，然后将含有预烧后产物的石英管进行抽真空和密封，进一步烧结后，对石英管中产物进行清洗与干燥，得到纳米盘状或纳米片状的晶态氮化碳PTI光催化剂。2.按照权利要求1所述的利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，其特征在于，与氯化锂共同形成共晶熔盐的高价离子氯化物为CaCl2、SrCl2、BaCl2、CoCl2、MnCl2、FeCl2、FeCl3、LaCl3、CeCl3、WCl4和WCl5中的一种或两种以上。3.按照权利要求1所述的利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，其特征在于，含碳氮前驱体为氰胺、双氰胺、三聚氰胺、尿素或硫脲。4.按照权利要求1、2或3所述的利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，其特征在于，氯化锂
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高价离子氯化物共晶熔盐与含碳氮前驱体质量比满足1:1～30:1。5.按照权利要求1、2或3所述的利用高价离子熔盐控制生长取向获得晶态氮化碳纳米盘或纳米片的方法，其特征在于，氯化锂
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘岗，白凯涛，杨勇强，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：